新型激光驱动光流体技术实现金属与微型机器人的3D微纳打印

该方法突破了传统双光子聚合技术主要依赖聚合物的关键限制。

在微观尺度开展研究的科学家长期以来依赖单一主流制造技术构建复杂三维结构。双光子聚合技术使得制造比人类发丝更精细的物体成为可能，将精密制造推入微米和纳米尺度。

尽管精度卓越，该方法将研究人员局限于使用以聚合物为主的材料。这种限制制约了微型设备的功能拓展——医学、工程和机器人领域的应用往往需要金属、半导体或其他功能材料。此前，将这些材料与复杂三维微结构结合始终难以实现。

来自德国马克斯·普朗克智能系统研究所和新加坡国立大学的研究团队日前报告了一项突破性方法。他们的新技术实现了涵盖多种材料的微纳尺度三维制造，超越聚合物范畴并开启全新设计可能。该技术基于光流体组装原理，利用光控制液体内部流体运动。

研究人员将微观粒子悬浮于流体中，并将飞秒激光聚焦于精确点位。激光产生的局部温差驱动流体运动，这种流动将粒子引导至预设位置。科学家将激光定位在带有微型开口的预制聚合物模具旁，粒子通过开口进入模具内部逐渐聚集成固体结构。

共同通讯作者、新加坡国立大学助理教授张明超解释道："本研究的关键在于精确操控光流体相互作用（光驱动流），在受限三维空间内引导各类微纳粒子进行三维组装。"模具决定最终几何形状，组装完成后通过后处理移除聚合物模具，即可获得完全由选定材料构成的自支撑物体。

激光驱动粒子组装

激光并不通过化学方式结合粒子，而是依靠物理作用稳定最终结构。研究团队实现了对粒子运动轨迹与累积方式的精准控制。论文第一作者吕祥龙指出："飞秒激光诱导的局部热梯度产生强劲流场，精确推动粒子进入预定模板位置。模具可采用立方体、球体、新月形等多种几何构型。"模具移除后，组装粒子通过范德华力维持形状与尺寸稳定，无需化学键合即可保持机械强度。

微型机器人与器件

为展示实际应用，团队制造了多种功能器件，包括在极窄通道内按尺寸分选颗粒的微阀，以及由多种材料构成的微型机器人。这些机器人根据驱动方式呈现不同响应：部分在光照下运动，另一些对外部磁场产生反应。这种灵活性使得设计者能在单一微观系统中集成多种功能。

领导MPI-IS物理智能部门的梅廷·西蒂表示："光流体组装克服了传统双光子聚合的材料限制，新技术几乎能用任何材料构造微型三维物体。"该发现为微尺度机器人与先进微加工领域开辟了更广阔前景。

相关研究成果已发表于《自然》期刊。

如果朋友们喜欢，敬请关注“知新了了”！