2026年第二篇3D打印Nature，中国青年学者一作！

导读：过去，双光子聚合（2PP）3D打印技术已能制造出远小于头发丝的微型结构，并成为3D微纳加工的重要技术路线。但该技术长期依赖光固化聚合物，材料体系相对单一，在一定程度上制约了其在功能器件领域的应用拓展。

2026年1月28日，来自马克斯·普朗克研究所和新加坡国立大学的科研团队提出一种面向微米和纳米尺度的三维制造新方法，突破了以往主要依赖聚合物材料的局限。

https://www.nature.com/articles/s41586-025-10033-x

相关成果以“Optofluidic three-dimensional microfabrication and nanofabrication”为题发表在Nature期刊上，中国青年学者Xianglong Lyu (吕相龙）为论文第一作者。

这是一种名为“光流控三维微纳加工”的新策略。研究显示，该方法可利用金属、陶瓷、量子点等多种材料作为构建单元，为多材料微纳制造提供了新的技术路径。

图1：光流控三维微纳制造的概念示意图

从“直接打印材料”到“先做模具再装配”

新方法的关键在于“分工”：2PP负责制造高精度三维空心模板；飞秒激光负责在溶液中产生温度梯度和对流，把颗粒持续带入模板内部并填充成形。模板去除后，留下的就是纯颗粒构成的三维结构。

这类似在微纳尺度上进行“模具成形”，但驱动力不是机械压力，而是光与流体耦合产生的微流动。

图2：组装机制

这里对其工艺流程作简要介绍：

第一步：2PP打印空心微模板

研究者先在玻璃基底上用2PP打印一个带开口的空心三维结构（如空心立方体或复杂曲面结构）。这个结构相当于一个“微纳模具”，最终成品的形状由它决定。

第二步：把模板放进颗粒分散液

将模板浸入含有均匀分散纳米颗粒或微粒的溶液中。这些颗粒不需要可光固化，可为金属、金属氧化物、碳材料、量子点或金刚石纳米颗粒等。

第三步：飞秒激光诱导可控微流

在模板开口附近用直径约2μm的飞秒激光照射，局部加热产生陡峭温度梯度，进而形成强烈对流和定向流动，将分散颗粒持续“推送”进模板内部。

第四步：颗粒堆积成形并去模

颗粒在模板内部不断累积，逐步填充出预设三维形状。组装完成后，通过后处理选择性去除聚合物模板，得到完全由目标材料构成的独立三维微结构。

流体把颗粒送进去，颗粒自己“站得住”

研究表明，颗粒能否成功组装，取决于两类作用的平衡：

一是颗粒之间的吸引作用，决定它们是否容易聚集；二是流体对颗粒的拖拽作用，流动过强会把颗粒冲散。

图3：利用不同溶剂系统优化组装

研究者通过调节溶液离子强度和激光扫描速度，找到了稳定组装的参数窗口。在合适条件下，颗粒可高效填充模板，组装效率可达每分钟10⁵量级，并能形成悬垂曲面等复杂三维结构。

即使不进行高温烧结，这些结构也能依靠颗粒间作用力保持自支撑；通过退火等后处理，还可进一步增强强度。

多材料兼容，走向功能器件

图4: 广泛兼容多种微米/纳米材料

该策略对材料类型要求较低，已验证可用于多种纳米材料，包括金属氧化物、磁性颗粒、金刚石纳米颗粒和量子点等，并支持多材料在同一结构中的空间分布。

图5：按需构建多功能微器件

研究团队还展示了两个代表性应用。第一个上三维多孔微阀，在微流控芯片中实现纳米颗粒的尺寸筛分；另一个则是多材料微型机器人，通过集成磁性、光响应和催化材料，在不同外场下实现多种运动模式。

小结与展望

这项研究的意义在于，将微纳3D制造从“打印树脂”为主，拓展到“打印模板+装配功能材料”的新模式。在保持高精度三维结构能力的同时，大幅提升材料自由度。

在资源库看来，这类技术有望在微光子器件、微流控系统、催化微结构以及微型机器人等方向发挥作用，为多材料、多功能微器件制造提供新的技术路线。