“光流”3D微纳制造可用多种材料
发布时间: 2026-02-02 13:28:10
科技日报北京2月1日电（记者刘霞）据新一期《自然》杂志刊发的研究，德国马克斯·普朗克智能系统研究所与新加坡国立大学科学家携手，开发出一种利用光流体效应进行3D微纳制造的新技术。该技术不再局限于传统的聚合物，而是可灵活使用金属、金属氧化物、碳材料乃至半导体等多种材料，实现了“万物皆可雕”，为制造微型机器人提供了新路径。
由二氧化硅纳米颗粒组装而成的牛角面包形三维微结构，呈现复杂曲面与悬空形态（扫描电子显微镜图像）。图片来源：德国马克斯·普朗克智能系统研究所 3D微纳制造能造出比人类发丝还细的精密结构，在医疗、机器人、微电子等领域具有广阔前景。目前主流技术是双光子聚合（2PP），可用于制作结构复杂的微型雕塑，如埃菲尔铁塔或泰姬陵模型。但这一方法长期受限于材料种类——几乎只能加工聚合物，严重制约了功能器件的发展。
最新研究有望彻底突破这一瓶颈。其核心创新在于，利用飞秒激光精准操控光流体效应，在液体中引导纳米或微米级颗粒进行3D自组装。当激光聚焦于悬浮粒子溶液中某一点时，会瞬间加热形成“热点”，引发局部热梯度，驱动周围流体产生定向流动——这种“光流”就像无形之手，将粒子推入预设的微模具中。
这种微模具如同一个微型“蛋糕模”，侧面设有小口。粒子随流而动，穿过缝隙，精准落入模腔，层层堆积成所需形状。模具可设计为立方体、球体，甚至牛角面包等复杂曲面结构，自由度极高。组装完成后，通过后处理去除聚合物模具，便留下一个完全由目标材料构成的独立微结构。
团队形象地表示，过去科学家们只有一种“建模黏土”，现在则拥有了一整套工具箱。
为验证技术潜力，团队成功制造出多种功能性微型装置。例如可在狭窄通道中按尺寸分离颗粒的微型过滤阀；由多种材料集成的微型机器人，它们既能被光驱动前行，也可在外加磁场下变换运动模式，展现出高度的多功能性。
所有结构均表现出优异的机械稳定性。尽管颗粒间无化学键连接，但依靠强大的范德华力，它们仍能牢固结合，实现自支撑。
团队表示，这项“光流组装”技术不仅克服了传统3D打印的材料限制，更打开了通往多功能微系统的大门。未来，它有望应用于开发智能药物递送、体内微型手术机器人、高密度微传感器等前沿领域。
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