双光子灰度光刻微纳加工技术全领域应用速递9

生物纤毛在自我推进、食物捕获和细胞运输等方面发挥着重要作用，其协调的变相运动是实现这些功能的关键。然而，在微米尺度上模拟生物纤毛的变相协调运动面临着许多挑战，主要是由于现有的制造方法和材料的限制。因此，德国斯图加特的马克斯·普朗克智能系统研究所的Shuaizhong Zhang及其所在团队致力于开发一种新型的人工纤毛，能够在微米尺度上实现无线驱动和变相编程。研究团队采用了Nanoscribe双光子激光直写打印技术（2PP）结合磁性驱动的方法，成功制造出具有生物相容性的人工纤毛。每根纤毛由丝素蛋白水凝胶梁和硬磁性FePt Janus微粒组成。通过编程控制FePt Janus微粒的方向，研究人员能够实现可编程的变相协调，从而生成多样化的微流体模式。该研究成果发表在《Science Advances》期刊上。

这项研究的成功为微流体设备和生物医学工程开辟了新的应用前景。未来，研究团队计划进一步探索生物医学应用，开发能够在体内进行生物液体运输和细胞操作的人工纤毛，推动生物医学设备的发展。此外，利用可编程的变相协调能力，设计出能够生成复杂流动模式的微流体系统，应用于细胞培养和化学分析等领域也是未来的研究方向。研究团队还计划通过改进3D打印技术，制造出更复杂的微米结构，提升人工纤毛的功能性和适用性。

随着医学技术的不断进步，微型机器人在靶向药物输送和治疗难以到达的深部病灶方面展现出巨大的潜力。然而，现有的无线微型机器人在生物体内的操作受到多种因素的限制，包括生物组织的复杂性和生物流体环境的多样性。为了克服这些挑战，德国斯图加特的马克斯·普朗克智能系统研究所的Yun-Woo Lee及其所在团队开发一种多功能的3D打印水凝胶微型机器人，灵感来源于花粉颗粒，旨在实现按需锚定和货物输送的功能。该论文发表在《Advanced Materials》期刊上。

新型的多功能微型机器人采用了三种不同的水凝胶材料，分别是嵌入铁铂（FePt）纳米颗粒的五元醇三丙烯酸酯（PETA）、聚N-异丙基丙烯酰胺（pNIPAM）和聚N-异丙基丙烯酰胺-丙烯酸（pNIPAM-AAc）。每种材料都具有特定的功能：PETA用于响应磁场以实现表面滚动和转向，pNIPAM用于温度响应以实现按需表面附着，而pNIPAM-AAc则用于pH响应的货物释放。在研究过程中，研究团队采用了双光子聚合的3D微打印技术，利用Nanoscribe设备Photonic Professional GT制造出这些微型机器人。通过这种先进的打印技术，研究者们能够精确控制微型机器人的结构和功能，使其能够在生物环境中独立执行多种任务。具体而言，MPH机器人在温度升高时，外壳的pNIPAM材料会收缩，暴露出内部的刺状结构，从而实现对生物组织的可控附着。这种设计不仅提高了微型机器人的附着能力，还使其能够在生物体内灵活移动。

这一创新的药物释放机制使得MPH机器人在靶向治疗中具有更高的灵活性和有效性。这一研究不仅为未来的医疗微型机器人设计提供了新的思路，也为实现更复杂的生物医学应用奠定了基础。随着技术的不断进步，未来的研究可以进一步探索如何优化这些微型机器人的性能，以满足更广泛的临床需求。

在表面工程领域，控制固体材料的润湿性一直是实现与环境在湿润条件下所需交互的关键因素。近年来，生物启发的功能表面因其在自清洁、抗生物污垢和微流体学等领域的潜在应用而受到越来越多的关注。Salvinia molesta是一种浮水植物，其叶片表面覆盖着特殊的微观结构，能够在水中保持空气层，从而实现优异的水面润湿性和流体动力学性能。意大利技术研究所（Istituto Italiano di Tecnologia）的Omar Tricinci教授及其团队首次在微米尺度上复制了Salvinia molesta叶片上微观结构的形态和化学涂层，采用了直接激光光刻（DLL）和微接触打印等方法，成功制造出具有复杂层次结构的功能化微图案表面。该究成果发表在《Advanced Functional Materials》期刊上。

研究使用了Nanoscribe的设备进行微结构的制造，能够在高分辨率下实现复杂的3D微结构的制造。这种技术的应用使得研究团队能够精确控制微结构的形状和尺寸，从而有效地复制Salvinia molesta叶片的微观特征。通过这种先进的制造技术，研究人员不仅成功地实现了微观结构的复制，还为后续的化学功能化和性能测试提供了坚实的基础。

研究的成功为生物启发的功能表面在多个领域的应用奠定了基础，包括自清洁材料、抗生物污垢涂层和微流体设备等。未来的研究可以集中在以下几个方面：探索其他生物材料的结构和功能，以开发出更多样化的功能表面；研究如何将这些微图案化表面的大规模生产技术化，以便在工业应用中推广；针对特定应用（如医疗、环境监测等）开发定制化的功能表面，以满足不同领域的需求；进一步研究涂层在不同环境条件下的长期稳定性，以确保其在实际应用中的可靠性。