对于毫米尺度3D物体的操纵技术在电子转印、精密装配、微机电系统等领域具有重要的应用前景。传统的基于机械夹持的抓取方案（如镊子等）需要针对不同特征的物体进行专门的设计和定制。例如，普通的尖头镊子难以夹持球体，需要在镊子末端设计专门的环形结构，并且具有环形结构的镊子无法夹持直径小于环形的球体。此外，对于平放在基底表面上的薄片状脆性物体（如硅片等）来说，因其无特殊的可夹持特征，使用镊子等工具难以将其从基底表面夹持住。目前，对于毫米尺度的不同形状和尺寸的3D物体进行可控抓取操纵的通用性技术方案仍然面临挑战。近日，清华大学机械工程系摩擦学国家重点实验室的田煜教授课题组提出了一种毫米尺度的喇叭状可控粘附结构及其力学调控方法。喇叭状粘附结构由面投影微立体光刻技术（nanoArch S130，摩方精密）和多步浇铸的工艺方案制备而成，对于多种曲率表面具有良好的自适应接触性能。喇叭状可控粘附结构能够通过接触界面的范德华力作用和负压作用达到~80 kPa的粘附强度，通过外力调控屈曲失稳与基底表面主动脱附，从而实现对于多种三维物体的可控抓取和操纵。该项研究成果以“Trumpet-shaped controllable adhesive structure for manipulation of millimeter-sized objects”为题发表在国际知名期刊《Smart Materials and Structures》上。该研究工作由清华大学机械工程系摩擦学国家重点实验室的博士生李小松完成。原文链接：https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-665X/ac262f图1 喇叭状可控粘附结构制备工艺流程图。（a）由面投影微立体光刻技术直接制备得到的蘑菇状结构；（b）通过浇铸得到阴模模具；（c）阴模模具浇铸PU并脱泡；（d）将PDMS球面按压模具得到凹面结构；（e）脱模后的喇叭状结构（dp = 1 mm, h = 1 mm, dt = 1.8 mm, θ =60º）；（f）喇叭状结构的扫描电镜照片。图2 喇叭状粘附结构的粘附性能典型测试力曲线和对应的接触状态演化规律。（a）附着测试模式和（b）脱附测试模式对应的典型法向力测试曲线；（c）附着测试模式和（d）脱附测试模式对应的接触界面状态演化过程；（e）附着测试模式下喇叭状粘附结构的粘附力和预载荷之间的关系；（f）脱附测试模式下喇叭状粘附结构的粘附力和剪切距离的关系。图3 基于内聚力模型的喇叭状可控结构的有限元仿真与界面法向应力演化规律机理。（a）接触-脱附测试过程；（b）接触-卸载-剪切测试过程；（c）接触-卸载-扭转过程中喇叭状粘附结构的变形行为；（d）附着测试过程和（e）脱附测试过程中接触界面法向应力的演化规律，其中紫色的箭头表示法向应力分布的变化方向。图4 喇叭状可控粘附结构对不同大小、不同形状、不同质量、不同材质物体的操纵效果。（a）集成喇叭状粘附结构的操作器；（b）喇叭状粘附结构抓取、转移和释放物体的典型操作步骤；喇叭状粘附结构用于转移多种毫米尺度（c）平面物体和（d）曲面物体的展示；（e）喇叭状粘附结构用于操纵LED灯珠完成THU字样柔性电路装配的展示；（f）喇叭状粘附结构用于水下环境操纵曲面物体的展示。官网：https://www.bmftec.cn/links/10

随着通信技术的快速发展，近些年的通信容量实现了快速增长，传统的光纤通信网络已经难以满足当前高速通信的需求。增大通信网络的容量和提高通信速度的一种方法是开发太赫兹(Terahertz, THz)波段的光纤通信空间维度。太赫兹波是介于微波和红外光之间的一种电磁波，频率介于0.1THz到10THz之间，由于它带宽大和传输速度快以及可以提供点对点的网络拓扑结构而备受关注。而在空间维度资源中，基于轨道角动量（Orbital Angular Momentum，OAM）的模分复用技术由于携带不同拓朴荷数的相互正交的轨道角动量模式成为扩大通信容量的一种非常有潜力的方案。轨道角动量具有全新的电磁波自由度特性，具有轨道角动量特性的电磁波可以在常用的信息传输方式，如波分复用（Wave Division Multiplexing，WDM）、偏振复用（Polarization Multiplexin，PM）、时分复用（Time Division Multiplexing，TDM）等信息传输方式上成倍的提高信息传输容量。近日，中国计量大学严德贤课题组提出了基于太赫兹波段的负曲率轨道角动量光纤。该光纤以重庆摩方精密科技有限公司提供的HTL聚合物材料（耐高温树脂）为基底，采用两层倾斜椭圆管的结构设计，通过引入环芯区域在0.4-0.8THz波段成功产生50-52个OAM模式，且在所研究的波段内获得了高模式纯度、低限制损耗和低波导色散等传输特性，相关研究成果以“Design of negative curvature fiber carrying multiorbital angular momentum modes forterahertz wave transmission”为题发表在《Results in Physics》。图1.3D打印负曲率轨道角动量光纤结构图图1展示了基于摩方精密nanoArch S140打印技术的3D打印光纤样品图。光纤整体尺寸为6.57mm，靠近纤芯区域的第二层倾斜椭圆管结构最小尺寸为0.051mm。光纤结构设计完成后，在Comsol Multiphysics有限元仿真软件中选取光纤结构的任一截面进行仿真研究。在研究频段内给定相应的太赫兹频率后，可以获得相应的模场分布，针对相应的模式进行数据收集和处理可以得出所需传输特性。在光纤中产生OAM模式的前提条件是有效生成HE和EH模式，且HEl+1，1与EHl-1，1有效模式折射率差异高于10-4。光纤中的OAM模式合成规则可由公式1表述：图3是OAM光纤各种传输特性随频率的变化趋势。由图3(a)和(b)可知，光纤产生的所有HEl+1，1与EHl-1，1之间的折射率差异均高于10-4，表明HE和EH模式均可以有效合成OAM模式。图3(c)是光纤的限制损耗特性，限制损耗与光纤的有效传输距离密切相关，由图可知光纤的限制损耗在0.55-0.8THz区间最低可以达到10-15(dB/cm)量级。图3(d)表示了OAM光纤的低平坦色散趋势，在0.4-0.8THz区间有近零的波导色散参数，有利于太赫兹波在光纤内部的快速传输。OAM模式的高模式纯度特性表明了光纤可以有效携带信息进行传输，由图3(e)所示结果，在0.55-0.8THz区间光纤的OAM模式纯度均高于80%。图3(f)是OAM光纤的有效模场面积特性，一般来说具有较高的有效模场面积可以产生较小的非线性特性，可以进一步提高信息的传输质量。图3.(a)有效模式折射率，(b)有效模式折射率差异，(c)限制损耗，(d)波导色散，(e)OAM模式纯度，(f)有效模场面积随频率的变化趋势官网：https://www.bmftec.cn/links/10

是什么让蜘蛛侠能够飞檐走壁？又是什么让年逾50的阿汤哥只身一人攀爬世界第一高楼­——哈利法塔？尽管这些是科幻电影中的片段，但现实生活中早已有活生生的例子：壁虎。该生物不仅在洁净基底上具有超强黏附力，同时在沾满灰尘的表面依旧能够自由爬行，表明其黏附系统具有“自清洁”功能。有研究指出，壁虎之所以具有如此优异的功能是因为其脚趾具有成千上万的铲状绒毛。图1.壁虎脚掌黏附系统的结构近日，受壁虎行为启发，北京理工大学先进结构技术研究院的陈少华教授课题组提出了一种仿生微柱功能表面通过力场调控实现自清洁功能的研究。该自清洁功能表面是结合微尺度3D打印技术（nanoArch P140，摩方精密）制备得到，其在颗粒筛选、运输等领域具有重要的应用前景。研究成果以“Self-Cleaning Performance of the Micropillar-Arrayed Surface and Its Micro-Scale Mechanical Mechanism” 为题发表在国际知名期刊《Langmuir》上。该研究工作由北京理工大学先进结构技术研究院博士生安华贞完成。图2. 微柱阵列表面的实验制备工艺如图(a)所示，首先通过微尺度3D打印技术（nanoArch P140，摩方精密）打印出光敏树脂微孔阵列模具，然后倒模获得PDMS微柱阵列表面；(b)微孔模具的激光共聚焦俯视图；(c)微柱阵列表面的激光共聚焦三维结构图，其中，微柱直径、高以及两微柱中心距分别为180μm、550μm、280μm，该微柱的大小与3D打印的微孔模具相同；(d)微柱阵列表面的侧视图。图3.微柱功能表面在Load-Pull接触过程下的自清洁性能通过微尺度3D打印技术结合模板复制工艺制备出微柱阵列表面，在施加Load-pull的加载条件下研究了接触压力、颗粒尺寸等因素对微柱阵列表面自清洁行为的影响，并分析了其中的微观力学机制。研究结果发现，微柱阵列表面实现自清洁的主要微观力学机制为：在接触压力的作用下，颗粒与微柱的接触状态由黏附状态改变为易清洁的沉积状态。此研究不仅有助于深入理解微柱阵列表面的自清洁机理，而且为自清洁功能化表面的设计及微颗粒的可控粘附与输运等提供技术支持。图4.微柱阵列表面对不同尺寸颗粒的自清洁性能及微观机理官网：https://www.bmftec.cn/links/10

设计并驱动微纳米结构表面实现物体的定向输运在微电子、生物医药及防污自清洁等领域具有广泛的应用前景。在这些应用领域中，提高定向输运的速度能进一步提高输运效率。此外，通过对微结构和驱动方式的创新性设计，实现对多种不同形状的物体在不同环境中的定向输运也具有重要意义。近日，北京理工大学先进结构技术研究院陈少华教授课题组提出了一种通过磁场控制微结构表面快速输运固体物块的方法。该方法能够对厘米级的固体物块进行快速定向输运，其输运速率相对于已有文献中的输运速率有大幅度的提升。微结构表面主要由磁响应微板阵列结构和纯PDMS基底组成，单个微板高度为950微米，厚度为150微米。该研究结合微尺度3D打印技术制备实验样件，所使用的3D打印设备（nanoArch S140，摩方精密）的光学精度为10μm，能实现94×52×45mm大小的三维加工尺寸。基于该设备加工了板状微结构阵列，并通过倒模制备出含有磁颗粒的PDMS微结构试样，然后通过磁场控制微结构的变形储能以及能量的快速释放，实现定向输运的功能。该成果以“Directional Transportation on Microplate-Arrayed Surfaces Driven via a Magnetic Field”为题发表于国际期刊ACS Applied Materials & Interfaces上。该工作由北京理工大学先进结构技术研究院李程浩博士作为第一作者完成。图1.微结构制备及实验装置示意图图2.固体物块定向输运及驱动过程分析图3.通过磁场控制微结构表面实现不同形状物体的定向输运，及不同重量物体的筛选分离（空气环境和水下）    该研究提出了一种通过磁场控制微结构表面快速输运固体物块的方法，并揭示了输运机理：通过磁场控制微结构变形储存弹性能，然后通过控制微结构逐个回弹，使得储存在微结构中的弹性能依次快速释放，并驱动物体连续向前运动，以此实现固体物块的快速定向输运。此方法具有广泛的适用性，能够在空气和水环境中同时输运不同形状的物块，且能够较好控制输运速度，对于更加智能甚至编程化的定向输运技术具有重要意义。官网：https://www.bmftec.cn/links/10

    太赫兹波，指频率为0.1-10 THz的电磁波，位于微波和红外之间，属于电子学与光子学的过渡区间。由于具有光子能量低、穿透力强、特征光谱分辨能力好等属性，太赫兹技术在生物传感、无损检测以及高速无线通讯等领域具有重要的应用前景。然而，由于自然界中的天然材料在太赫兹频段没有电磁响应，导致太赫兹频段的功能材料和器件非常匮乏，这也是造成太赫兹技术尚未广泛应用的重要原因。THz超材料，一种新型的周期性人工电磁材料，其性质主要取决于所设计的结构，通过特定的结构设计，可获得与自然界已知材料截然不同的电磁性质，从而实现丰富的功能器件，如吸波器、调制器和偏振转换器等。目前常见的太赫兹超材料，主要由光刻工艺制备得到，存在制备工艺复杂、加工成本高的问题。此外，目前宽带吸波器常采用上下重叠式多层结构设计，其在太赫兹频段所需的多步光刻工艺更是进一步提高了加工难度及成本。因此，探索太赫兹器件的无光刻、低成本、简单高效的制备方法获得超宽带太赫兹吸波器，将有利于促进太赫兹技术的繁荣发展。    近日，西安交通大学张留洋教授课题组提出了一种偏振不敏感的超宽带太赫兹吸波器设计及其制备方法，该超宽带吸波器由叠堆于类宝塔基底表面的多层环形谐振器构成，通过相邻谐振器共振模式的重叠实现带宽的扩展，最终通过叠堆12层圆形和环形谐振器实现1.07-2.88 THz频段的近完美吸收。该研究结合微尺度3D打印技术（nanoArch S130，摩方精密）制备得到实验样件，实验测试结果验证了宽带吸收机理的准确性。该成果以“Three-Dimensional Printed Ultrabroadband Terahertz Metamaterial Absorbers”为题发表于国际期刊Physical Review Applied上，该研究工作由西安交通大学机械工程学院博士生沈忠磊与硕士生李胜男共同合作完成。图1 具有面外形态的太赫兹吸波器结构示意图图2 太赫兹超宽带吸收谱    通过结合微尺度3D打印技术，超宽带太赫兹吸波器可由简单的三步工艺制备得到。其中，周期性阵列的三维类宝塔结构采用面投影微立体光刻3D打印技术（nanoArch S130，摩方精密）加工得到。实验结果表明：得益于高精度的微尺度3D打印技术，测试所得的宽带吸收谱谐振频率和吸收幅值均与数值模拟结果较为吻合。图3 太赫兹超宽带吸波器实验验证（其中单元周期Px=Py=185μm，顶层圆形谐振器半径r12=10μm, 叠堆环形谐振器宽度w=6μm，叠堆层厚Dt=10μm）    此外，文章进一步证明了该制备方法之于常见太赫兹窄带吸波器制备的适用性。实验结果表明：两种太赫兹窄带吸波器的吸收谱测试结果与数值模拟结果和理论结果均较为吻合，表明基于微尺度3D打印技术的制备方法同样可实现对常见太赫兹窄带吸波器的高质量制备。图4 太赫兹窄带吸波器实验验证原文链接：https://journals.aps.org/prapplied/abstract/10.1103/PhysRevApplied.16.014066官网：https://www.bmftec.cn/links/10

由美国工程师制造协会举办的美国3D打印制造展览会RAPID + TCT，于2022年5月17—19日在底特律会展中心举行。RAPID +TCT是北美最大的3D打印展会，展会展览面积达20000平米, 预计参展观众超过10000人，参展商数量及参展品牌达到400家。作为全球微尺度3D打印技术及颠覆性精密加工能力解决方案提供商，摩方精密自然不会错过这一场与行业及客户直面交流的盛会。一直以来，摩方受到各界人士的热切关注，众多行业研发人员对摩方超高精密3D打印能力表示赞赏和认可。此次参展，摩方携带了科研、电子、医疗、天线等领域的精密样件，凭借在超高精密3D打印领域的领先技术与产品优势，摩方在展会现场吸引了众多观众频频驻足。 展会期间，摩方北美区总裁John Kawola出席了同期举办的3D打印技术论坛，并在现场带来了主题演讲。演讲内容主要围绕使用摩方PuSL高精密3D打印技术在医疗器械领域的应用及案例与现场观众进行了详细的介绍和分享。演讲期间观众反响热烈，并在结束后移步到摩方展位进行了更进一步的详谈交流。值得一提的是，摩方这次在展位设计上别出心裁，颇具设计感的展台引人注目。走进展馆，从远处便可眺望到摩方独特的拱形展台，展台正上方悬挂着立体的“魔方”，搭配占据半个展台上方空间的公司Logo，令人印象深刻。RAPID + TCT 2022已于昨日完美落下帷幕，期待下一次的精彩再续。摩方精密也将持续秉承将3D打印转变为真正的精密快速成型及直接生产制造的理念，持续为各行业精细零件的前期研发和小批量制造解决加工需求难题。 

近年来，随着无人水下航行器和软体机器人的发展，微型柔性流量传感器已经成为姿态控制和流场分析的关键器件。目前，仿生毛发流量传感器的灵感多来自昆虫的触角、海豹的触须。其中，仿生毛发流量传感器通常采用圆柱形结构，但是该类型的传感器会产生涡激振动，这种涡激振动会引发很大的噪音，并恶化流量传感器的信噪比。海豹可以通过触须识别、定位和追踪猎物。这种波形触须可以抑制涡激振动的产生、降低涡激振动引发的噪音。研究学者受海豹触须形态的启发制备了多种人工触须传感器。然而，这些传感器通常体积庞大、组装起来较为繁琐。因此，使用简单的制备工艺并优化传感器的结构以提高其灵敏度、使其微型化具有重要的意义。近日，北京航空航天大学蒋永刚课题组基于面投影微立体光刻(PμSL) 3D打印技术结合PDMS浇铸工艺制备了波形人工触须传感器，该传感器可以用于不同流体的分析。人工触须传感器由仿生触须和带有压阻传感器的PDMS基座组成；PDMS基座上集成有4个微通道，并采用定向液体扩散(DSL)方法将碳纳米管/银纳米颗粒(CNT/AgNPs)墨水注入微通道中，以形成压阻传感器。研究人员基于PμSL (nanoArch S140，摩方精密) 3D打印技术制备了仿生触须和两个用于制备PDMS基座的模具。仿生触须长35mm，表面呈现波浪形，截面呈现椭圆形，几何结构呈现非对称性；打印模具的链状凸台结构宽度为200μm，高度为80μm，其中，凸台上对称菱形组成的结构高度为30μm。 图1. 人工触须传感器的结构示意图图2. 人工触须传感器的制备。其中，a图是基于PμSL技术制备的仿生触须和两个模具图3. 稳态流场中人工触须传感器在不同流速下的响应图4. 涡流检测的实验装置及结果 波形人工触须传感器对复杂的流体现象表现出极好的灵敏性，包括涡激振动、振荡流动和上游涡流尾迹。稳态流实验表明，在0°攻角下，人工触须的波形形态可以显著降低触须的阻力，抑制涡激振动的产生；振荡流实验表明，触须传感器可以检测振荡流流速，阈值检测限可低至8mm/s；另外，涡流检测实验表明，该波形人工触须传感器可以辨别上游圆柱诱导的各种涡流尾迹。该研究成果在智能流体分析方面具有巨大的应用潜力，以“Artificial Whisker Sensor with Undulated Morphology and Self-Spread Piezoresistors for Diverse Flow Analyses”为题发表在Soft Robotics上。

由于能够对太赫兹电磁波产生有效的调制，近年来，太赫兹电磁超材料受到了科研界极大的关注。太赫兹超材料的单个单元的特征尺寸一般为几十微米，传统的加工主要基于MEMS微纳加工工艺流程。然而，这些工艺流程通常都需要昂贵的实验设备并且是多工序且高耗费的。为了克服这些缺点与不足，西交大张留洋老师课题组提出了一种基于微纳3D打印结合磁控溅射沉积镀膜的太赫兹超材料制造工艺：以基于垂直U型环谐振器的三维太赫兹超材料为原型，采用高精度微纳3D打印设备nanoArch S130（BMF摩方精密）对模型进行加工，随后通过磁控溅射沉积镀金属膜赋予该结构功能性。该成果以“3D-printed terahertz metamaterial absorber based on vertical split-ring resonator”为题发表于Journal of Applied Physics期刊。     图1 基于垂直U型环的太赫兹超材料制备工艺示意图。采用面投影微立体3D打印工艺（nanoArch S130，摩方精密）在硅片表面制造树脂超材料模型，然后通过磁控溅射在树脂模型表面沉积覆盖金属铜膜。插图为基于垂直U型环的太赫兹超材料的模型剖视图。图1所示为所提出的基于垂直U型环的太赫兹超材料制造工艺流程示意图。首先，通过三维建模软件建立了超材料的数字模型，将该数字模型转化为STL格式就可以输入3D打印设备进行打印制造。打印所采用的树脂材料为一种耐高温的光敏树脂(High-temperature resistance photosensitive resin, HTL)。为了加强所打印的垂直U型环结构和硅片界面处的粘附性，在U型环和硅片表面之间额外打印了一层树脂基底。在树脂模型制造完成之后，采用磁控溅射镀膜工艺在树脂模型的表面沉积铜膜。所使用的3D打印设备（nanoArch S130，摩方精密）的光学精度为2 μm，最小打印层厚为5 μm。所采用的加工工艺主要依赖于3D打印技术，这使得整个制造过程相当的简单和高效。图2 所制造的垂直U型环太赫兹超材料扫描电镜照片与太赫兹时域光谱系统测量所得吸收谱。(a)垂直U型环局部阵列。(b)单个垂直U型环照片。(c)与(d)分别为测量和仿真所得的分别在x极化和y极化入射下超材料的吸收谱。    制造的超材料阵列的总体尺寸为9.6 ×9.6mm，一共包含了30×30个单元结构。从电镜图中可以看出，所选用的3D打印技术（nanoArch S130，摩方精密）可以很好地完成设计的微结构的成型。THz-TDS测量结果表明，在x极化下，超材料在0.8 THz处达到了96%的近一吸收，而在y极化下没有出现吸收峰，这与仿真所得的结果基本一致。图3 高Q值三维太赫兹超材料传感研究。(a)传感分析物的示意。(b)谐振峰频率随传感分析物的厚度而变化。(c)加载不同折射率分析物时的超材料吸收谱 (d)超材料传感折射率灵敏度。(e)加载乳糖与半乳糖粉末时的测量结果。(f)吸收峰频率的偏移。    通过仿真和实验研究了样品的传感特性。分析得出，随着传感物厚度的增大，频移逐渐加大，当厚度大于100μm时得到了最佳的效果。计算得到传感器的灵敏度为S = 0.5 THz/RIU，品质因数为FOM = 95.9。所制造的垂直U型环超材料的高度为75μm，适用于检测具有一定厚度的分析物。因此，该研究选择了典型的乳糖和半乳糖粉末作为分析物来验证垂直U型环传感器的传感能力。如图3 (e)所示，在样品表面加载乳糖和半乳糖粉末后，吸收峰的中心频率分别变为0.5335 THz和0.7603 THz，频移分别为0.2665 THz与0.0397 THz，获得了有效且明显地频移，验证了样品在折射率传感等领域的应用潜力。官网：https://www.bmftec.cn/links/10

目前，微米尺度金属结构的增材制造主要采用三种策略：微立体光刻模板的金属化、金属材料的转移-烧结以及原位金属合成。其中，基于金属离子局部电化学还原反应的电化学沉积3D打印技术采用原位金属合成的方式，无需进行任何后处理。该技术使用金属盐溶液作为原料，在打印过程中，金属盐溶液通过打印喷嘴喷射到导电基底上，当溶液接触到基底时，金属离子发生还原反应形成金属沉积层。本研究论文介绍了一种基于力学控制的金属电化学沉积3D打印技术，该技术采用中空原子力显微镜(AFM)悬臂梁在标准三电极电解池中局部喷涂金属离子，从而发生局部电镀反应。中空悬臂梁偏转反馈信号可以实时监测体素的生长，进而实现打印过程的自动化；而且该技术无需进行参数校准，可在导电基底任意位置进行打印。基于以上优势，该技术可自动成型任意形状的3D结构。研究人员利用该技术打印了两个不同比例的大卫雕像铜复制品。虽然铜是最合适的电沉积金属，但该技术同样适用于可宏观电镀的所有金属。 图1. 基于力学控制的电化学沉积3D打印技术制备两个并排支柱的示意图图2. 比例为1:10000和1:70000的大卫雕像复制品的SEM图。a-c：比例为1:10000、高度为700μm的复制品；图a插图、图b插图及d图：比例为1:70000、高度为100μm的复制品

    仿生章鱼吸附在操作精细物体等方面有巨大应用潜力。目前仿生章鱼吸附基于外力、电或热传导等刺激方式调节吸盘内部压强，从而赋予了其黏附性能。然而，目前常见的刺激策略中，粘附垫的强弱黏附能力转换需要以接触方式触发、且大部分存在响应时间长的问题，因此，这些粘附垫难以快速执行在密闭空间内对物体的操作任务。     近日，香港中文大学张立教授课题组提出了一种光磁双刺激响应黏附垫的设计思路。该黏附垫可以通过远程光控方式快速调节黏附强度以拾放物体，并在外部磁场控制下实现运动与递送功能。该成果以“A mobile magnetic pad with fast light-switchable adhesion capabilities” 为题发表于Bioinspiration & Biomimetics期刊。该文在意大利比萨圣安娜高等技术研究大学（Scuola Superiore Sant’Anna）Veronica Iacovacci博士、中国科学院深圳先进技术研究院徐天添研究员和杜学敏研究员的共同合作下完成。图1 光磁双刺激-响应黏附垫的设计与机理（a）章鱼吸盘的结构图（b-c）黏附垫的设计及工作机理描述    光磁双刺激-响应黏附垫是由具有微孔阵列的磁性弹性体基底和孔内温敏水凝胶沉积层组成。通过在弹性体基底内掺杂四氧化三铁与钕铁硼颗粒，赋予其光热效应与磁响应性能。孔内压强的变化可由光热效应引发的温敏水凝胶沉积层收缩与膨胀进行调节。研究团队采用面投影微立体光刻3D打印技术（nanoArch S130，摩方精密）高效、精准地实现了上述微孔阵列模具的制备（微孔直径400μm，高400μm），并通过翻模技术制备了微孔阵列磁性弹性体基底。该黏附垫具有以下优点：快速响应的黏附开关特性图3 黏附性能表征：（a）黏附垫的黏附力测试，（b）图案化弹性体基底黏附力测试，（c）黏附垫与图案化弹性体基底的黏附强度对比，（d）黏附垫重复性测试    快速响应的黏附开关特性。实验结果表明该黏附垫的黏附强度可以通过远程红外激光按需调控，黏附强度最高可达12.2 kPa，并且强弱黏附的转换在30秒内即可完成。精细物体的远程递送图4 黏附垫运输电子芯片通过曲折狭缝到达目的地    精细物体的远程递送。通过外加磁场，该光磁双刺激响应的黏附垫可在狭隘空间内对脆弱的电子芯片进行安全可靠地定向运输，在电子器件装配等领域具有重要的应用前景。综上所述，该光磁双刺激响应黏附垫表现出快速响应的黏附开关特性、显著的黏附性能及对精细物体的远程递送能力。这种新型黏附垫有望广泛应用于电子器件装配等领域。官网：https://www.bmftec.cn/links/10

2022年5月12日，全球领先的一站式泛射频相关电子元器件及模组（如天线及模组、无线充电模组、EMC/EMI射频隔离器件、精密连接器、高速连接器及线缆、无源器件等）解决方案提供商信维通信（美国）（Sunway Communication）与重庆摩方精密科技有限公司（美国）全资子公司（BMF, Boston Micro Fabrication）达成战略合作，共同研发下一代天线产品，两家公司在美国加利福尼亚州圣地亚哥开设了联合研发实验室。对于5G和未来的天线来说，先进的制造技术已经逐渐发展至可以满足精密微小尺寸器件的需求。射频行业正更全面地进入毫米波应用领域，因此，天线和波导需要变得越来越小，导致传统制造技术变得越来越具有挑战性。“为了满足零部件越来越小的需求，我们一直在寻求不同的解决方案，摩方精密的迅速发展，其技术已经应用于众多行业，这次的联合开发合作加速了我们的研发速度，同时也提升了我们的领导地位。”美国信维通信执行副总裁兼总经理Wilson Wu博士表示。 “我们很高兴能与信维合作，帮助了我们将3D打印技术引入通信这一应用领域，”摩方精密欧美区首席执行官John Kawola表示。“摩方精密提供了精密加工方面的专业解决方案，而信维则带来了他们在高价值通信组件方面的宝贵经验”。 此次合作由信维首席科学家/副总裁、信维天线研究所所长Howard Liu博士和摩方精密联合创始人兼首席技术官夏春光博士领导。关于信维通信深圳市信维通信股份有限公司于2006年4月27日成立，是首批国家级高新技术企业之一。2010年11月5日，公司在深圳证券交易所创业板上市，股票代码：300136.SZ。公司主要生产与射频相关的各类电子元器件及模组，如：天线及模组、无线充电模组、EMC/EMI射频隔离器件、精密连接器、高速连接器及线缆、无源器件等。产品应用涉及消费电子（智能手机、个人电脑、智能穿戴设备等）、汽车、物联网/智能家居、通信、数据中心等领域，是国家支持和鼓励的新一代信息产业技术范畴。有关信维通信的更多信息，请访问www.sz-sunway.com网站。关于摩方精密重庆摩方精密科技有限公司(BMF，Boston Micro Fabrication)成立于2016年，专注于高精密3D打印领域，是全球高精密3D打印技术及精密加工能力解决方案提供商。摩方精密采用面投影微立体光刻（PμSL: Projection Micro Stereolithography）技术，该技术具有成型效率高、加工成本低等突出优势。目前，摩方精密总部位于中国重庆，在中国深圳、美国波士顿、英国伦敦、德国法兰克福、日本东京均设有分支机构，拥有来自全球32个国家1000多家合作客户。有关BMF的更多信息，请访问www.bmftec.cn网站。

近日，上海交大机械与动力工程学院胡松涛副教授课题组提出了刚柔微结构复合的超疏水界面设计思想，解决了冲击定位要求苛刻的难题，相关研究成果在机械装备抗液防冰等领域具有重要的应用前景。瑞士苏黎世联邦理工学院Andrew J. deMello教授课题组和英国帝国理工学院Daniele Dini教授课题组为合作单位。该成果以“Flexibility-Patterned Liquid-Repelling Surfaces”为题作为封面论文发表于ACS Applied Materials & Interfaces期刊。刚柔复合界面设计与制备（杆径10μm的柔性网格结构及刚性支柱）面向低温冲击液滴的超疏水界面需要递进满足两个条件：1）基于微纳几何结构和低能化学修饰的抗刺穿性以反弹冲击液滴；2）极短的固液接触时间以避免液滴在界面成核结冰。现有的相关界面设计工作遵循刚性和柔性两类策略，可有效缩短固液接触时间，但受限于苛刻的固液冲击定位要求。研究团队借鉴蹦床公园，提出了刚柔微结构相结合的超疏水界面设计，通过融合刚性和柔性设计策略，期望消除界面润湿性能对固液冲击定位的依赖。研究团队采用面投影微立体光刻3D打印技术（nanoArch S140，摩方精密）高效、精准地实现了上述刚柔复合界面设计的样机制备。液滴冲击行为    研究团队利用高速相机记录液滴在冲击不同界面以及界面内不同局部区域的动力学行为，证明可以利用刚柔复合界面设计来调整液滴冲击行为。固液接触时间液滴冲击实验进一步表明，当液滴冲击柔性界面区域时，将触发结构振动来缩短固液接触时间；而当液滴冲击刚性界面区域时，将触发液滴的非对称再分布来缩短固液接触时间。官网：https://www.bmftec.cn/links/10

   在生物医学研究中，对生物颗粒（如细胞和生物组织）的操作，特别是捕获和运输，是各种生物应用的基础。许多工具和驱动系统被设计用来提高操作的准确性和效率。磁驱动机器人具有精确操纵粒子或生物组织的能力，在生物医学、生物工程和生物物理学领域具有重要的潜力。然而，具有预定形状的刚性机器人的变形能力是有限的，这限制了其在狭小的空间的运动。   近日，北京航空航天大学机械工程学院仿生与微纳研究所冯林副教授等研发了一种可变小型机器人，该机器人是利用具有磁性和流体性质的铁磁流体这一新型材料所研制的。该磁流体基机器人不仅可以根据不同的磁场的分布形成不同的形状，从而完成不同的任务；并且还可以借助于操作平台的疏水处理，使得磁流体基机器人与基板间的摩擦减小，进而简单高效地提高了机器人的实际输出力。图1. 通过多种形状的永磁铁产生的集中磁场改变磁流体形状进而达到搬运不同模块的目的为了证明这种磁流体基机器人所具有的且刚性机器人所欠缺的实际应用能力，作者设计了几个验证实验：1.制造不同形状的永磁体并磁化，观察不同磁场下磁流体基机器人的变形情况；2. 打印不同形状的模块，测试磁流体机器人的搬运能力；3.打印狭缝，测试机器人穿越窄缝的性能。通过采用PμSL 3D打印技术（nanoArch S140，摩方精密），实现了验证实验中的搬运模块、永磁模具及狭缝的精密制造。图2. 永磁体的制造流程及磁流体基机器人的变形图3. 磁流体基机器人在平面上的三自由度运动图4. 磁流体基机器人穿越狭缝动画及实物演示该项研究成果获得国家重点研发计划(No.2019YFB1309700)及北京新星科技计划项目(No. Z191100001119003)支持，以“Deformable ferrofluid-based millirobot with high motion accuracy and high output force”为题发表于国际期刊《Applied PhysicsLetters》（北京航空航天大学陈迪晓硕士为第一作者）。文章链接：https://doi.org/10.1063/5.0042893官网：https://www.bmftec.cn/links/10

近年来，隐形眼镜除了用于视力矫正和装饰品之外，还可作为智能传感平台用于实时监测人体的健康状况。但是，佩戴隐形眼镜通常会导致干眼症及相关炎症或者角膜损伤。目前，保持隐形眼镜镜片湿润的方法主要有两种：一种方法是利用隐形眼镜表面的单层石墨烯涂层减少水分蒸发，但是该方法制备工艺比较复杂；另一种方法是利用电渗流保持镜片湿润，但是该方法需要生物兼容性电池。隐形眼镜常见的制备工艺有离心浇铸法、模压法及车床加工工艺，其中，离心浇铸法和模压法需要先通过车床加工工艺制备模具。车床加工不仅存在成本高、周期长、加工几何形状受限的缺点，而且直接制备的隐形眼镜需要立即进行镜片的水合，以避免镜片发生破裂。随着增材制造技术的发展，3D打印技术已被用于制造隐形眼镜或者隐形眼镜的模具。同车床加工工艺相比，3D打印技术具有加工成本低、加工效率高以及加工结构可定制化等优势。然而，3D打印技术固有的逐层制造方式会产生台阶效应，且成型精度越低，打印层厚越大，台阶效应越明显，该效应将会导致镜片加工需要额外的抛光打磨，限制了3D打印技术在镜片加工中的应用。因此，提高成型精度、降低打印层厚、抑制台阶效应对于3D打印技术在隐形眼镜制备中的应用极为重要。近日，马尼帕尔高等教育学院Sajan D. George课题组基于面投影微立体光刻(PμSL) 3D打印技术结合PDMS浇铸工艺制备了微通道嵌入式隐形眼镜，该隐形眼镜可以利用微通道的毛细作用实现自保湿功能。研究人员基于PμSL (microArch S140，摩方精密) 3D打印技术制备了凹模模具，为减小打印模具的台阶效应，打印层厚降低至10μm。模具的基弧是8.5mm，直径是15mm，内表面有大量微通道，该微通道的宽度、深度以及间距均为100μm；另外，内表面还设计有直径8mm的光学区，该区域无任何微通道以保证隐形眼镜的视觉透明度。另外，所制备的PDMS隐形眼镜经过氧等离子体处理可获得更好的亲水性，进一步促进毛细管驱动周围液体通过微通道流动至整个镜片表面，使隐形眼镜镜片保持湿润。 图1. 微通道嵌入式隐形眼镜的制备过程图2. 采用不同方法制备的PDMS隐形眼镜镜片图3. PDMS隐形眼镜镜片的毛细管填充过程 研究人员基于PμSL 3D打印技术制备了两种PDMS隐形眼镜镜片：一种隐形眼镜镜片中的微通道呈现直线形，光学区将部分直线形微通道阻断；另一种隐形眼镜镜片中的微通道呈现曲线形，该微通道可以保证流体的连续流动。另外，研究人员还使用基于熔丝制造技术制备的隐形眼镜镜片作为对比，该隐形眼镜镜片中的微通道来源于模具中的台阶效应(打印层厚100μm)，且模具的光学区需要进行手工抛光。将上述三种隐形眼镜镜片放置于水中以观察毛细管填充情况。研究结果表明，基于PμSL 3D打印技术制备的、具有曲线形微通道的镜片，其微通道的尺寸、分布可控，且光学区未将微通道阻断，故液体可以通过微通道的毛细管驱动作用畅通、连续、快速的流动至整个镜片表面。该研究成果为用于生物标志物检测的微流控芯片的制备提供了新思路，以“Self-moisturizing contact lens employing capillary flow”为题发表在Additive Manufacturing上。原文链接：https://doi.org/10.1016/j.addma.2022.102842官网：https://www.bmftec.cn/links/10

近年来基于3D打印的微格点阵超材料吸引了大量的关注，点阵超材料具有优异的比强度、比刚度，良好的减震降噪、吸能缓冲效果、突出的吸声和屏蔽等许多独特的功能特性，被誉为结构-功能一体化材料，在生物医学、电池电极以及运动器材、无人机减重等领域都有独特应用。其中，在无人机上应用超材料可以有效减轻其重量，减少其飞行所需的推力和功耗，从而提高电池续航时间与飞行持续时间，进而更好地拓展无人机在民用、军事、侦察，救援和娱乐等领域的应用。此外，微格点阵超材料出色的能量吸收能力可以帮助无人机抵抗飞行过程中的撞击和碰撞，点阵镂空结构还可以促进无人机的散热。为优化点阵超材料的机械性能，人们提出了多种多样的设计策略，其中，受晶体学启发的超材料设计策略颇具代表性。例如，已被广泛采用的经典多孔晶格点阵结构如体心立方点阵结构（BCC）、面心立方点阵结构（FCC）、八度桁架点阵结构（OCT）等均是受晶体学中原子/离子排列的启发而形成的超材料设计。近日，香港城市大学机械系及纳米制造实验室（NML）陆洋、生物医学工程系Pakpong Chirarattananon和西安电子科技大学高立波等报道了一种受金属硬化机制中的第二相粒子强化机制启发的多级微点阵超材料设计新策略。该策略思路如下：通过将OCT单元作为第二相粒子引入BCC点阵结构的45°对角平面，从而得到一种先进的OCT-BCC双相微点阵超材料。与原始BCC点阵超材料相比，该OCT-BCC双相微点阵超材料的压缩比强度沿水平方向和纵向显著增加了〜300％和〜600％，同时也伴随着刚度和能量吸收能力的显著提高。图1 基于双相增强概念设计，通过面投影微立体光刻（PμSL）3D打印的OCT-BCC双相微点阵超材料图2 OCT-BCC双相微点阵超材料与原始BCC微点阵材料的3D打印和力学测试为了证明这种先进的OCT-BCC双相微点阵超材料的制造可扩展性和实际应用潜力，该工作还通过摩方精密开发的基于面投影微立体光刻（PμSL）的3D打印技术（nanoArch P130, S140, BMF Precision, Shenzhen, China）成型了尺寸为5.0 cmx 2.0 cm x 1.0 cm的大尺寸OCT-BCC双相微点阵超材料，并将其成功集成到微型无人机（MAV）的机身中。和原本的实心机身对比，集成了OCT-BCC双相微点阵超材料的轻量化机身重量减少了~ 65％，从而使得微型无人机的飞行时间实现了~ 40％的显著提升。图3 OCT-BCC双相微点阵超材料应用于微型无人机构件以实现减重及服役时间提升采用OCT-BCC微点阵超材料的微型无人机相较普通实心构件的无人机飞行时间提升达40%（视频10倍提速）该工作不仅提出了一种有效的超材料增强设计方法，而且还展示了高精度PμSL （nanoArch P130, S140, BMF Precision, Shenzhen, China）3D打印超材料在微型无人机等领域的巨大应用潜力。相关成果以题为“3D printing of dual phase-strengthened microlattices for lightweight micro aerial vehicles”的论文发表在国际知名期刊Materials& Design上。官网：https://www.bmftec.cn/links/10

微透镜阵列是由微米级或亚毫米级透镜按一定规律排列而成的阵列，被广泛应用于光学和光子学领域，包括立体显示、光均匀化、光束整形和三维成像等。与单个透镜相比，微透镜阵列可以收集每一点上的信息，如入射光线的强度和角度。在集成成像系统中，微透镜阵列上的透镜从不同的观察角度在不同的空间位置捕捉一组子图像，而这些图像可以被重建在一起以提供一个伪视觉。此外，在光场成像系统中，位于物镜和图像传感器之间的微透镜阵列能够在单次摄影曝光下收集空间和方向信息，无需聚焦于3D物体。大多数的微透镜阵列中，所有透镜的焦距都是相同的，这导致景深狭窄、深度感知能力有限。因此，这些微透镜阵列不能直接获取距离不同的物体的清晰图像。近日，上海理工大学张大伟教授课题组提出了一种多焦距微透镜阵列的制作方法。该微透镜阵列制造过程具体如下：首先，利用摩方精密面投影微立体光刻3D打印技术（nanoArch P140，BMF Precision，Shenzhen, China）制备出孔壁呈不同倾斜角度的微孔阵列，再采用旋涂的方法使微孔中残留部分光敏树脂并得到不同曲率的液面，最后经过PDMS翻模即可得到多焦距微透镜阵列。该多焦距透镜阵列能够扩展成像景深，具有感知物体深度的能力。该成果以“Fabrication of uniform-aperture multi-focus microlens array by curving microfluid in the microholes with inclined walls”为题发表在光学期刊Optics Express上。图一 多焦距微透镜阵列制作原理图图二 (a) 多焦距微透镜阵列设计，(b) 3D打印的微孔阵列，(c) 复刻的多焦距微透镜阵列，(d) 多焦距微透镜阵列局部显微图。图三 利用多焦距微透镜阵列拍摄不同物距情况下的物体，物距为(a) 14.3mm，(b) 28.5mm，(c) 45.5mm时拍摄的图像。当物距为14.3mm时，中心区域的透镜可呈现清晰图像；当物体移离微透镜阵列时，外圈的透镜可以呈现清晰的图像。文章链接：https://doi.org/10.1364/OE.425333官网：https://www.bmftec.cn/links/10

柔性电子作为一种新兴的电子技术，以其独特的柔性/延展性（弯曲、折叠、扭转、压缩或拉伸）和高灵敏特性，在信息、医疗等领域具有广泛应用前景，如电子皮肤、柔性屏、脑机接口等。水凝胶材料以其独有的特性（柔性、导电性、高拉伸性）在柔性电子领域被广泛研究和使用。采用诸如光学光刻、微接触印刷等微纳制造技术可实现图案化水凝胶柔性电子器件的制造，但是上述技术加工步骤复杂、加工成本高、幅面较小，难以实现复杂三维结构信号强化效应。微纳3D打印技术很好地平衡制造成本、加工精度和幅面的问题，可快速制造并成型任意形状和定制设计的水凝胶跨尺度结构，而且，对水凝胶进行图案化设计可进一步提高柔性电子器件的灵敏性；同时通过对水凝胶的性能诸如自粘附、导电、抗冻等性能的优化，可拓展水凝胶柔性电子的应用范围，如自粘附电子、极端温度环境工作的柔性器件等。近日，湖南大学王兆龙、段辉高教授与上海交通大学郑平院士合作，基于面投影微立体光刻技术，采用摩方精密（BMF）超高精度光固化3D打印机nanoArch S/P140，通过引入粘附性的光固化单体及材料配比优化，设计了水凝胶诸如强粘附性、导电性和抗冻性等性能。通过水凝胶的结构设计提高运动信号监测的应变灵敏度，实现宽范围的运动信号传感。作者设计3D打印水凝胶柔性电极采集人体的肌电信号，将水凝胶柔性电极采集的肌电信号作为用户界面控制机械手的同步运动，以准确的完成弹奏不同音符的动作，甚至可以控制-80℃低温环境下机械手的运动。该工作引入微尺度3D打印技术使得复杂3D结构多功能柔性电子和复杂人机接口的快速制造成为可能。文章以“3D printed super-anti-freezing self-adhesive human-machine interface”为题发表在Materials Today Physics上。原文链接：https://doi.org/10.1016/j.mtphys.2021.100404该工作得到了国家自然科学基金、湖南省优秀青年基金、广东省重点研发计划，长沙市科技局等基金支持。图1 面投影微立体光刻技术（摩方精密，nanoArch S/P140）原理及水凝胶材料设计，利用共价键交联和氢键网络结合优化水凝胶性能图2 3D打印水凝胶诸如超拉伸、强粘附、抗冻等性能设计图3 基于面投影微立体光刻技术加工跨尺度结构的水凝胶制备高灵敏度的应变传感器，用于监测宽范围的人体运动信号图4 基于面投影微立体光刻技术加工水凝胶用于肌电信号的采集，将采集的肌电信号作为人机接口控制机械手的同步运动，以完成弹奏不同音符、甚至低温环境的动作控制官网：https://www.bmftec.cn/links/10

近年来基于3D打印的微格点阵超材料吸引了大量的关注，点阵超材料具有优异的比强度、比刚度，良好的减震降噪、吸能缓冲效果、突出的吸声和屏蔽等许多独特的功能特性，被誉为结构-功能一体化材料，在生物医学、电池电极以及运动器材、无人机减重等领域都有独特应用。其中，在无人机上应用超材料可以有效减轻其重量，减少其飞行所需的推力和功耗，从而提高电池续航时间与飞行持续时间，进而更好地拓展无人机在民用、军事、侦察，救援和娱乐等领域的应用。此外，微格点阵超材料出色的能量吸收能力可以帮助无人机抵抗飞行过程中的撞击和碰撞，点阵镂空结构还可以促进无人机的散热。为优化点阵超材料的机械性能，人们提出了多种多样的设计策略，其中，受晶体学启发的超材料设计策略颇具代表性。例如，已被广泛采用的经典多孔晶格点阵结构如体心立方点阵结构（BCC）、面心立方点阵结构（FCC）、八度桁架点阵结构（OCT）等均是受晶体学中原子/离子排列的启发而形成的超材料设计。近日，香港城市大学机械系及纳米制造实验室（NML）陆洋、生物医学工程系Pakpong Chirarattananon和西安电子科技大学高立波等报道了一种受金属硬化机制中的第二相粒子强化机制启发的多级微点阵超材料设计新策略。该策略思路如下：通过将OCT单元作为第二相粒子引入BCC点阵结构的45°对角平面，从而得到一种先进的OCT-BCC双相微点阵超材料。与原始BCC点阵超材料相比，该OCT-BCC双相微点阵超材料的压缩比强度沿水平方向和纵向显著增加了〜300％和〜600％，同时也伴随着刚度和能量吸收能力的显著提高。图1 基于双相增强概念设计，通过面投影微立体光刻（PμSL）3D打印的OCT-BCC双相微点阵超材料图2 OCT-BCC双相微点阵超材料与原始BCC微点阵材料的3D打印和力学测试为了证明这种先进的OCT-BCC双相微点阵超材料的制造可扩展性和实际应用潜力，该工作还通过摩方精密开发的基于面投影微立体光刻（PμSL）的3D打印技术（nanoArch P130, S140, BMF Precision, Shenzhen, China）成型了尺寸为5.0 cmx 2.0 cm x 1.0 cm的大尺寸OCT-BCC双相微点阵超材料，并将其成功集成到微型无人机（MAV）的机身中。和原本的实心机身对比，集成了OCT-BCC双相微点阵超材料的轻量化机身重量减少了~ 65％，从而使得微型无人机的飞行时间实现了~ 40％的显著提升。图3 OCT-BCC双相微点阵超材料应用于微型无人机构件以实现减重及服役时间提升采用OCT-BCC微点阵超材料的微型无人机相较普通实心构件的无人机飞行时间提升达40%（视频10倍提速）该工作不仅提出了一种有效的超材料增强设计方法，而且还展示了高精度PμSL （nanoArch P130, S140, BMF Precision, Shenzhen, China）3D打印超材料在微型无人机等领域的巨大应用潜力。相关成果以题为“3D printing of dual phase-strengthened microlattices for lightweight micro aerial vehicles”的论文发表在国际知名期刊Materials& Design上。官网：https://www.bmftec.cn/links/10

近年来，微米尺度金属增材制造技术得到了快速的发展，并广泛应用于光学、微机器人、微电子学等领域。目前，微米尺度3D金属结构可以采用聚焦电子/离子束诱导沉积、激光感应光致还原等3D打印技术直接制备而成，或者采用双光子聚合3D打印技术结合电镀技术多步制备而成。其中，基于金属离子局部电化学还原反应的电化学沉积技术被认为具有极大的优势：该技术无需进行任何后处理，而且可制备致密性好、导电、无污染的金属样件。然而，如何在保持打印分辨率的情况下提高打印速率是该技术面临的一个难题。本研究论文是基于中空原子力显微镜(AFM)悬臂梁的金属电化学沉积3D打印系统，在保持电场电势和体素高度不变的情况下，研究了施加压力和喷嘴直径对体素水平尺寸的影响。研究结果发现，在打印过程中保持喷嘴直径不变，针对施加压力的实时调整可以实现体素面积两个数量级的跨越，并且通过改变施加压力，使用孔径为500nm的喷嘴成功制备了四根线径不同的铜线圈。基于以上研究，该技术通过精确调整体素尺寸不仅可以实现同一打印样件从亚微米级到亚毫米级的跨尺度制作，而且还可以显著提高打印速率。该技术使用铜作为金属打印材料，但同样适用于其他电镀金属。 图1. 基于中空AFM悬臂梁金属电化学沉积3D打印系统示意图及打印过程示意图 图2. 使用孔径为500nm的喷嘴打印的四根线径不同的铜线圈的SEM图，其中，a图和b图是同一结构的两种不同视图 原文链接：https://doi.org/10.1002/adem.201900961关于摩方精密重庆摩方精密科技有限公司(BMF，Boston Micro Fabrication)从事微纳3D打印设备的研发、生产及销售，专注于高精密3D打印领域。摩方精密采用面投影微立体光刻（PμSL: Projection Micro Stereolithography）技术，该技术具有成型效率高、加工成本低等突出优势。作为高精密增材制造领域的领军企业，已和众多全球知名企业开展业务合作，包括GE医疗、美国强生、日本电装、安费诺、泰科电子等，产品广泛应用在连接器、精密医疗器械、消费电子、精密加工等行业。摩方精密也与瑞士Exaddon AG公司合作，在中国区进行微纳金属3D打印设备提供服务和推广。基于电化学沉积技术的金属微增材制造技术，Exaddon创新地设计了微纳金属打印系统CERES。CERES可以在室温下以亚微米级分辨率打印复杂的微金属结构，尺寸从1 μm到最大1000 μm(人类的头发一般为80～90μm)，并且无需进行后处理。Exaddon CERES 微纳金属3D打印系统官网：https://www.bmftec.cn/links/10

微透镜阵列是由微米级或亚毫米级透镜按一定规律排列而成的阵列，被广泛应用于光学和光子学领域，包括立体显示、光均匀化、光束整形和三维成像等。与单个透镜相比，微透镜阵列可以收集每一点上的信息，如入射光线的强度和角度。在集成成像系统中，微透镜阵列上的透镜从不同的观察角度在不同的空间位置捕捉一组子图像，而这些图像可以被重建在一起以提供一个伪视觉。此外，在光场成像系统中，位于物镜和图像传感器之间的微透镜阵列能够在单次摄影曝光下收集空间和方向信息，无需聚焦于3D物体。大多数的微透镜阵列中，所有透镜的焦距都是相同的，这导致景深狭窄、深度感知能力有限。因此，这些微透镜阵列不能直接获取距离不同的物体的清晰图像。近日，上海理工大学张大伟教授课题组提出了一种多焦距微透镜阵列的制作方法。该微透镜阵列制造过程具体如下：首先，利用摩方精密面投影微立体光刻3D打印技术（nanoArch P140，BMF Precision，Shenzhen, China）制备出孔壁呈不同倾斜角度的微孔阵列，再采用旋涂的方法使微孔中残留部分光敏树脂并得到不同曲率的液面，最后经过PDMS翻模即可得到多焦距微透镜阵列。该多焦距透镜阵列能够扩展成像景深，具有感知物体深度的能力。该成果以“Fabrication of uniform-aperture multi-focus microlens array by curving microfluid in the microholes with inclined walls”为题发表在光学期刊Optics Express上。图一 多焦距微透镜阵列制作原理图图二 (a) 多焦距微透镜阵列设计，(b) 3D打印的微孔阵列，(c) 复刻的多焦距微透镜阵列，(d) 多焦距微透镜阵列局部显微图。图三 利用多焦距微透镜阵列拍摄不同物距情况下的物体，物距为(a) 14.3mm，(b) 28.5mm，(c) 45.5mm时拍摄的图像。当物距为14.3mm时，中心区域的透镜可呈现清晰图像；当物体移离微透镜阵列时，外圈的透镜可以呈现清晰的图像。文章链接：https://doi.org/10.1364/OE.425333官网：https://www.bmftec.cn/links/10

柔性电子作为一种新兴的电子技术，以其独特的柔性/延展性（弯曲、折叠、扭转、压缩或拉伸）和高灵敏特性，在信息、医疗等领域具有广泛应用前景，如电子皮肤、柔性屏、脑机接口等。水凝胶材料以其独有的特性（柔性、导电性、高拉伸性）在柔性电子领域被广泛研究和使用。采用诸如光学光刻、微接触印刷等微纳制造技术可实现图案化水凝胶柔性电子器件的制造，但是上述技术加工步骤复杂、加工成本高、幅面较小，难以实现复杂三维结构信号强化效应。微纳3D打印技术很好地平衡制造成本、加工精度和幅面的问题，可快速制造并成型任意形状和定制设计的水凝胶跨尺度结构，而且，对水凝胶进行图案化设计可进一步提高柔性电子器件的灵敏性；同时通过对水凝胶的性能诸如自粘附、导电、抗冻等性能的优化，可拓展水凝胶柔性电子的应用范围，如自粘附电子、极端温度环境工作的柔性器件等。近日，湖南大学王兆龙、段辉高教授与上海交通大学郑平院士合作，基于面投影微立体光刻技术，采用摩方精密（BMF）超高精度光固化3D打印机nanoArch S/P140，通过引入粘附性的光固化单体及材料配比优化，设计了水凝胶诸如强粘附性、导电性和抗冻性等性能。通过水凝胶的结构设计提高运动信号监测的应变灵敏度，实现宽范围的运动信号传感。作者设计3D打印水凝胶柔性电极采集人体的肌电信号，将水凝胶柔性电极采集的肌电信号作为用户界面控制机械手的同步运动，以准确的完成弹奏不同音符的动作，甚至可以控制-80℃低温环境下机械手的运动。该工作引入微尺度3D打印技术使得复杂3D结构多功能柔性电子和复杂人机接口的快速制造成为可能。文章以“3D printed super-anti-freezing self-adhesive human-machine interface”为题发表在Materials Today Physics上。该工作得到了国家自然科学基金、湖南省优秀青年基金、广东省重点研发计划，长沙市科技局等基金支持。图1 面投影微立体光刻技术（摩方精密，nanoArch S/P140）原理及水凝胶材料设计，利用共价键交联和氢键网络结合优化水凝胶性能图2 3D打印水凝胶诸如超拉伸、强粘附、抗冻等性能设计图3 基于面投影微立体光刻技术加工跨尺度结构的水凝胶制备高灵敏度的应变传感器，用于监测宽范围的人体运动信号图4 基于面投影微立体光刻技术加工水凝胶用于肌电信号的采集，将采集的肌电信号作为人机接口控制机械手的同步运动，以完成弹奏不同音符、甚至低温环境的动作控制官网：https://www.bmftec.cn/links/10

微流控芯片是把生物、化学等领域中所涉及的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，以此取代常规生物化学实验室中的各种操作。微流控芯片因具有高度集成化、分析效率高、制造成本低、试剂消耗量少等优点被广泛应用于各种科学研究。聚二甲基硅氧烷(PDMS)是目前应用最广泛的微流控芯片制备材料之一，它具有良好的透气性、透光性、生物兼容性以及化学惰性，易于通过模具浇注成型。基于光刻和PDMS倒模技术的模塑法是目前应用最普遍的微流控芯片加工方法。然而，这种方法加工时间长、加工成本高、加工工艺繁琐，并且模具的制造需要在洁净室中完成。随着3D打印技术的出现，微流控芯片可以通过3D打印技术直接制备而成，或者结合PDMS翻模工艺与3D打印技术多步加工制备而成。这些方法不仅有效弥补了传统微加工方式的不足，而且还可以制备具有复杂三维结构的微流控芯片。另外，微流控芯片制备材料的选择也更加广泛。近日，卡塔尼亚大学Lorena Saitta课题组采用面投影微立体光刻(PμSL)技术和基于3D打印的PDMS翻模技术制备了用于段塞流检测的微流控光学器件，通过对比研究评估了两种加工技术及其制备材料的利弊。研究人员基于PμSL (microArch S140，摩方精密) 3D打印技术采用HTL光敏树脂一步成型了微流控光学器件，该技术具有超高的打印分辨率；作为对比，研究人员还采用基于聚合物喷射3D打印的PDMS翻模技术多步工艺制备了微流控光学器件。两种加工方法制备的器件进口和出口定位不同，HTL器件的进口和出口与微通道同轴对齐，而PDMS器件受限于加工方法，其进口和出口正交于微通道。另外，HTL器件是一体成型的，气密性比较好，可以避免液体泄露问题。 图1. 所设计的微流控光学器件的工作原理图2. PDMS微流控光学器件(Device 1)和HTL微流控光学器件(Device 2)的几何结构俯视图的比较(单位：mm)图3. PDMS微流控光学器件的制备流程图4. 基于PμSL技术制备HTL微流控光学器件的流程图5. PDMS微流控光学器件(Device 1)和HTL微流控光学器件(Device 2)的完整气水段塞流平均周期趋势的比较 PDMS器件和HTL器件微通道的相对粗糙度分别为0.0001 %和0.0002 %，因此，两种加工技术均能保证微通道内流体流动的稳定性。将两种器件用于段塞流的检测，PDMS器件柔性比较大，居中对准两根光纤比较困难，观测数据的变化比较大；HTL器件的刚性比较好，观测数据的分散性远小于PDMS器件。然而，HTL树脂的透光性不如PDMS，检测性能相对较低。因此，基于PμSL 3D打印技术，结合透光性良好的3D打印树脂材料的开发，可以推进微流控芯片的研究。该研究成果为微流控芯片的制造提供了新思路，以“Projection micro-stereolithography versus master-slave approach to manufacture a micro-optofluidic device for slug flow detection”为题发表在The International Journal of Advanced Manufacturing Technology上。原文链接：https://doi.org/10.1007/s00170-022-08889-8官网：https://www.bmftec.cn/links/10

柔性可拉伸电子器件具有可弯曲、可拉伸和可扭曲的优异力学特性，其在生物医学工程、机器人技术、人机界面等各个领域的应用重要性日益凸显。常见制备方法一方面是开发本征可拉伸的导电材料，例如掺杂导电纳米材料的软弹性体、导电聚合物和水凝胶等。但是，这些新型材料通常电导率较低、机电稳定性能较差和易对实际应用中的电信号造成干扰。另一方面则是通过构建如平面蛇形等几何结构来提升传统导电材料（包括金属等）在力学服役下的最大可拉伸应变。虽然以上两种（结合）方法都已有大量报道，然而大部分的可拉伸电子受限于加工方式的难度，制备的结构大多集中在二维平面尺度，限制了可拉伸电子在三维方向的应用扩展。近日，香港城市大学机械工程学系陆洋，南方科技大学葛锜与西安电子科技大学高立波等合作报道了一种相对便捷、灵活和可批量制造的可拉伸微电子的高精度制作方法。通过利用摩方精密开发的基于面投影微立体光刻（PμSL）的3D打印技术（nanoArch P130, S140, BMF Precision, Shenzhen, China），实现了一种通用的微加工工艺，可以以2μm的高分辨率获得以前无法实现的复杂3D几何形状。后续结合磁控溅射工艺，可制备3D导电结构，该结构具有出色的可拉伸性（~130％）、贴合性、稳定的导电性（在100％拉伸应变下电阻变化小于5％），以及循环载荷下的稳定性。与2D结构相比，3D微结构具有紧凑的几何形状，并且其可以在平面外自由变形的特点使适应更大的拉伸应变成为可能。图1. 基于面投影微立体光刻（PμSL）3D打印的可拉伸微电子的制作过程：3D几何设计、PμSL 3D打印、磁控溅射导电金属薄膜、组装和应用此外，利用基于PμSL的3D打印技术可以制作高度复杂几何结构的优势，该方法可实现集成电路的一体化制造。例如，研究者们制造了由三维可拉伸微结构连接的复杂三维电容式压力传感器阵列。凭借其结构设计高通量性、加工方式便利性和器件制造一体化性，该研究成果在集成3D可拉伸电子系统上显示出巨大的应用潜力。图2. 三维可拉伸导电微结构的力学和电学鲁棒性测试：拉伸、弯曲、循环和面外压缩加载下的电阻变化图3. 3D打印三维可拉伸电子网络结构表征和变形能力测试图4. 三维可拉伸电容式压力传感器阵列示意图、细观实物图和性能测试结果该项研究成果获得深圳市科创委基础研究项目支持，以“Three-Dimensional Stretchable Microelectronics by Projection Micro Stereolithography (PμSL)”为题发表于新一期国际知名期刊《ACSApplied Materials & Interfaces》（香港城市大学王月皎博士生为第一作者）。文章链接：https://dx.doi.org/10.1021/acsami.0c20162官网：https://www.bmftec.cn/links/10

被动式微混合器，是一种用于样品预处理的关键微流控器件。常见的两种微混合器有两个入口呈现180°的T型微混合器和呈现任意角度(通常小于180°)的Y型微混合器。这两类混合器结构简单、易于制备，但是混合时间比较长、混合效率比较低，很少单独使用，通常同另一种微混合器一起使用。为了提高微混合器的混合效率，科研工作者尝试进行微混合器入口、混合腔室结构的优化设计研究。在混合腔室的结构设计方面，常见的设计方案是在微通道中周期性的添加障碍物；另外，弧形微通道的引入、分流合并结构的设计以及微通道底部交错结构的设计等方案也极大地提高了混合效率。上述混合腔室的设计方案具有一个共同特点，即采用周期性重复混合单元结构提高混合效率。其中，两个混合单元的连接处既是前一个单元的出口，同时也是下一个单元的入口。然而，在设计过程中，关于单元连接的研究并没有得到重视。近日，沈阳工业大学张贺课题组基于面投影微立体光刻(PμSL) 3D打印技术制备了微混合器芯片，通过模拟结果与测试结果的对比，研究了单元连接对微混合器芯片性能的影响。该团队基于PμSL (nanoArch P150，摩方精密) 技术打印了一种具有重复结构的微混合器。微混合器是由平面T型入口通道和混合腔室组成，其中混合腔室是由6个立方混合单元以及单元之间的连接组成。最初设计的结构是一种研究中常见的微混合器结构，连接通道位于立方混合单元的几何中心，且微混合器的入口和出口位置同立方混合单元的连接通道位置重合。微混合器总长度为12.3mm；立方混合单元的边长是1mm；单元连接通道的长度是500μm，截面是边长为200μm的正方形。 图1. 最初设计的具有重复结构的微混合器图2.具有不同连接位置的微混合器的混合指数(模拟结果)图3.两种不同连接位置组合的微混合器的混合指数(模拟结果)图4. 可视化测试系统以及3D打印的微混合器的显微图像(Location 5) 图5. 3D打印的两种不同连接位置组合的微混合器在不同时间的显微图像 根据单元连接位置的不同分为九种微混合器，分别命名为Location 1- Location 9；该九种微混合器的混合指数模拟结果表明单元连接位置对微混合器的混合性能有显著的影响。在此基础上，将两种不同单元连接位置进行组合，用以提高混合器的混合效率。基于PμSL 技术制备了三种微混合器并进行了可视化测试。测试结果同模拟结果一致，表明单元连接位置对微混合器的性能确实有显著的影响，并且仅通过改变单元连接的位置，可以极大地改善微混合器的性能。该研究成果为优化微混合器的结构设计、提高微混合器的性能提供了新思路，以“The Influence of the Unit Junction on the Performance of a Repetitive Structure Micromixer”为题发表在Micromachines上。官网：https://www.bmftec.cn/links/10

工业机器人已被广泛应用于制造和组装，但是在微观尺度上，大多数组装技术只能将微模块简单的排列在一起，很难将其装配在一起形成一个不易分散的实体。近日，中国科学院沈阳自动化研究所刘连庆研究员领导的微纳米机器人课题组利用激光产生和控制的气泡作为微型机器人，将不同形状和功能的微小零件装配在一起。这些微小零件是通过PμSL 3D打印技术（摩方精密，nanoArch S130）制备而成。在这项研究中，表面气泡充当芯片上的微型机器人。这些微型机器人可以移动、固定、抬起和放下微型零件，并将它们集成在一起，形成紧密连接的实体。以燕尾形零件的装配过程为例（图1），气泡机器人首先将带有榫舌的微型零件抬起，而后另一个移动微气泡机器人将带有卯眼的微型零件移动至指定的位置，原先的微气泡在激光关闭后缓慢消失从而使得榫舌结构插入卯眼中。用此方法装配的微型零件可以作为一个整体运动而不会分离。类似地，将不同类型的零件整体组装可以得到不同的结构，例如齿轮、蛇形链条和车辆，然后由气泡微型机器人驱动它们以执行不同形式的运动。这种组装技术既简单又有效，有望在微操作、模块化组装和组织工程中发挥重要作用。该工作以“Integrated Assembly and Flexible Movement of Microparts Using Multifunctional Bubble Microrobots”为题发表在ACS Applied Materials & Interfaces上。https://doi.org/10.1021/acsami.0c17518 图1. 装配过程和实验系统示意图。A) 燕尾形零件的装配过程。B) 系统的示意图。 当激光照射在非晶硅表面时，由于光热效应，在固液界面处会产生一个气泡，并可在激光的控制下进行移动。当气泡产生在微模块的底部时，气泡可将微模块抬起。本研究利用气泡产生过程快而溶解过程慢的特点，先控制一个气泡将微零件抬起，然后利用第二个气泡移动另一个微零件。当第一个气泡缓慢消失时，第一个零件缓慢落下，两个微零件能够装配在一起。利用气泡对微零件的三维操作能力，将二维组装变为三维装配。利用不同形状的微零件，可以得到齿轮（图2）、链条（图3）和小车（图4）等不同的结构，这些结构在气泡的驱动下可以进行多种灵活的运动。图2. 齿轮结构的装配过程及运动 图3. 链条结构的装配过程及运动图4. 小车结构的装配过程及运动 总而言之，该研究利用微小气泡作为机器人，对微零件进行抬起、移动、固定等操作，并利用气泡机器人的三维操作能力，将多个零件装配成整体，提供了一种新的微尺度操作和装配技术。（以上相关介绍内容由中科院沈阳自动化所微纳米机器人课题组代利国博士提供）上述研究工作涉及的PμSL微尺度3D打印技术由摩方精密提供，因此摩方公司就这一创新型成果对中科院沈阳自动化所微纳米机器人课题组进行了更进一步的补充访谈，以下为部分内容：1、BMF：请问利用气泡作为微型机器人来操纵微型零件有哪些优势？潜在的应用有哪些？代博士：气泡作为微型机器人，可以对单个的零件进行多种形式的操作，特别是可以控制微模块的三维姿态，这是其相比于其他微纳操作技术的优势。其可以用于操作细胞、颗粒和微模块等，在生物医学、组织工程等领域都有应用前景。2、BMF：请问在这次研究中，为什么采用微尺度3D打印的制备方式？代博士：我们设计的零件包含各式各样的微米尺度接头，比如燕尾形的榫舌和卯眼等，其中最小细节尺寸30μm，并且这些结构有尺寸配合的要求。摩方公司的3D打印技术可以很好的满足我们的要求，尺寸和形状都可以按照设计进行灵活加工，误差也在可控范围内。此外，面投影光刻3D打印技术可以批量化快速制作零件，有助于实验的顺利完成。官网：https://www.bmftec.cn/links/10

Fig. 1 日本东京大学 竹内昌治 教授及其研究团队在Lab on a Chip杂志上发表封面文章近年来，与细胞膜信号和物质传输有关的膜蛋白（membrane proteins），受到药物开发人员的广泛关注。由于具有极高的特异性（specificity）以及对配体分子（ligand molecules）的敏感性，膜蛋白还有望用于各类化学传感器。在实际操作中，膜蛋白需要双层脂膜（lipid bilayer）作为载体。在过去，研究人员主要利用机加工或光刻等MEMS器件的加工方法，来制作具有“双空腔结构”（double-well chamber，DW）的微型器件，并通过“液滴接触法”（droplet contact method，DCM）来制作双层脂膜。随着3D打印技术的快速发展，也有越来越多的研究人员尝试使用3D打印来制作类似微型器件。最近，东京大学著名学者竹内昌治教授所带领的团队，研究了3种不同的3D打印技术用于双层脂膜制备（fabrication of lipid bilayer devices）及其用于膜蛋白检测（measurement of membrane proteins）的可行性。研究成果以“3D printed microfluidic devices for lipid bilayer recordings”为题，作为封面文章发表在Lab on a Chip期刊上。Fig. 2 （a）DCM装置示意图；（b）3D打印制作DCM微型器件 这项研究从以下三个方面进行：1. 利用3D打印DCM微型器件制备双层脂膜的成功率。研究人员利用3种不同的3D打印技术，分别制作了特殊的DCM器件，其中包含厚度为40μm /80μm /200μm的薄壁结构。利用PμSL高精密3D打印（摩方精密，microArch S140）技术制作的DCM器件，实际尺寸与设计值的偏差只有6%，表面粗糙度低至0.27±0.02μm，在制备双层脂膜时能够实现高达93%的成功率。Fig. 3 不同3D打印样品的尺寸精度及表面粗糙度（microArch为摩方精密 S140打印机）2. 分别对由3D打印及传统方法制作的DCM器件进行性能对比。研究指出，通过电噪声振幅（amplitude of electrical noise）及双层脂膜成型时间（waiting time for lipid bilayer formation）的比较，3D打印所制作的器件能实现与传统方法较为一致的性能，即可灵敏、快速地获取离子通道信号（ion channel signals）。3. 3D打印技术在DCM领域的拓展应用。通过微流控一体成型（monolithic fabrication）制备不同的DCM器件（如DW结构、DW与双管道串联结构、多空腔DW结构）用于溶液混合以及电信号的并行记录，研究人员指出,3D打印技术能够快速、便捷、一体成型制作传统方法无法实现的复杂结构，在药物开发和化学传感器等方面将会有非常大的应用前景。Fig. 4 摩方精密的S140所打印的DCM器件官网：https://www.bmftec.cn/links/10

微芯片电化学检测系统（microchip-based electrochemical detection system, µEDS），是一种基于电化学方法与微流控技术的检测平台，其具有高灵敏度、极少试剂消耗、快速检测、可适性高、自动化等优点，常用于现场实时应用场景，比如床边检测等。此类芯片中核心组件是微电极，其检测性能尤为关键。传统的微电极主要是二维或平面式的结构，如环状、带状、平板式。另一方面，具有三维结构的微电极因其更大的反应面积和优异的检测灵敏度已获得越来越多研究学者的关注。微尺度3D打印技术的出现，使得三维微柱阵列电极的实现变得更加便捷、快速、高效。PμSL（Projection Micro Stereolithography，面投影微立体光刻）是一种面投影微尺度超高精度光固化增材制造技术，使用高精度紫外光刻投影系统，将需要打印的三维模型分层投影至树脂液面，分层光固化成型并逐层累加，最终从数字模型直接加工得到立体样件。该技术具有打印精度高、跨尺度加工、成型效率高、制造成本低等突出优势，被认为是目前最具有前景的三维微细结构加工技术之一。图1：PμSL技术原理示意图通过结合软光刻以及金属沉积技术，PμSL微尺度 3D打印技术近期在电化学检测领域取得系列成果。其中的微电极的制备过程大致为：通过PμSL微尺度3D打印技术打印得到三维微柱阵列模具，然后通过PDMS二次翻模得到PDMS材质的三维微柱阵列，最后再经过磁控溅射等金属沉积方式将金属比如金沉积在三维微柱结构的表面作为导电层以形成最终的微柱电极。此外，还可选择性地在电极表面修饰Pt-Pd/多层碳纳米管等其他改性物质以提高电化学检测性能。研究一：基于微柱阵列电极的生物标记物高灵敏度检测研究摘要：微柱阵列电极因其高质量运输、低检测极限以及微型化的特点被广泛用于电化学检测领域。该研究工作阐述了表面镀金的PDMS基微柱阵列电极的制备、数值仿真、表面改性以及表征。9×10的微柱阵列排布在0.09cm2的区域内，其中微柱的高度分别为100 μm，300 μm 和500 μm。微柱阵列电极是使用PμSL微尺度3D打印技术与软光刻相结合的方法制备而得，通过SEM和循环伏安法进行表征测试。实验结果显示，无论扫描速率的高低，高度值更大的微柱有利于提高电流密度。Pt-Pd/多层碳纳米管材料涂覆可进一步提高微柱阵列电极的电化学检测性能。相较于平板式电极，微柱阵列电极的电化学检测灵敏度是前者的1.5倍。高度500 μm的Pt-Pd/多层碳纳米管改性的微柱阵列电极可用于检测肌氨酸（一种前列腺癌的生物标记物），其线性范围和检测极限分别是5-60 μM 和1.28 μM。这个检测范围覆盖了肌氨酸在人体组织的浓度区间（0-60 μM）。因其更高的微柱高度和更大的比表面积，微柱阵列电极比平板式电极获得了更好的检测性能。该研究工作为高检测灵敏度的微柱阵列电极在低丰度分析物的检测应用提供了有效的指导。图2：微柱阵列电极的制备过程示意图及改性电极和电化学检测中典型的三电极式简易传感装置研究二：动态微流体中微柱阵列电极的电化学检测研究摘要：高集成度、高灵敏度、快速分析、极小的试剂消耗等优点促使µEDS备受学术界的关注。微小化的工作电极是µEDS的核心部件，其性能决定了整个µEDS的检测表现。相比于传统的微电极形貌，如带状、环状、圆片状，三维微柱阵列电极因其更大的反应面积，具有更高的响应电流和更低的检测极限。在该研究工作中，采用数值仿真研究了µEDS的检测性能以及三维微柱的形貌和流体的动力学参数，包括微柱的形状、高度以及排列方式和反应溶剂的流速。µEDS的尾端效应在基于预设的电流密度参数下也进行了定量分析。此外，通过结合PμSL微尺度3D打印技术与软刻蚀的方法制备的PDMS基三维微柱阵列电极与微通道集成，用于研究电化学检测。循环伏安法和计时电流法测试的结果表明，实验数据与模拟数据吻合较好。此研究为µEDS的参数设计提供了指导性建议，所使用的方案亦可适用或借鉴于分析和优化基于纳米芯片的电化学检测系统（nanochip-based electrochemical detection system, nEDS）。图3：μEDS和微柱阵列的示意图以及微柱阵列的形貌参数上述研究中微柱电极结构模具均采用PμSL微尺度3D打印技术加工，所采用的加工设备均为摩方精密（BMF, Boston Micro Fabrication）公司10 μm光学精度设备P140，其最大打印尺寸为19.2mm (L)×10.8mm (W)×45mm (H)，打印层厚为 10~40 μm。图4：BMF公司10微米系列精度设备P140/S140官网：https://www.bmftec.cn/links/10

介观尺度(10μm-1mm)的3D点阵结构为新应用领域提供了最佳的几何结构，例如轻质力学超材料、生物打印组织支架等。其周期性、多孔的内部结构为调谐3D点阵结构对力、热、电以及磁场的多功能响应提供了机会。借助这种结构优势，多材料3D点阵结构可用于实现器件的多功能性。由于传统微加工技术在复杂三维结构制造方面的局限性，而3D打印技术在制备复杂三维结构方面可较好的克服这一局限性。目前，研究人员基于挤压成型、立体光刻(SLA)等3D打印技术制备了金属点阵或者复合材料点阵实现结构的功能化。但是这些方法打印分辨率比较低，挤压成型制备的点阵需要高温烧结处理，工艺比较繁琐。面投影微立体光刻(PμSL) 3D打印技术具有超高的精度，可以实现介观尺度3D聚合物点阵结构的制备。纳米薄膜可以利用表面驱动的静电对化学吸附和物理吸附的敏感性而被用于化学和生物传感领域。因此，基于PμSL技术，通过纳米薄膜与3D聚合物点阵结构的集成化可以实现介观尺度传感器件的制备。近日，美国达特茅斯学院William J. Scheideler课题组基于面投影微立体光刻(PμSL) 3D打印技术结合原子层沉积技术(ALD)制备了多功能3D电子传感器。该团队基于摩方精密(BMF)超高精度光固化3D打印机 microArch S240打印了3D点阵结构，结构表面光滑，有利于电子薄膜的均匀沉积(图1)。采用原子层沉积技术先在聚合物点阵表面低温沉积一层Al2O3晶种层，然后再均匀沉积一层导体(SnO2，ZnO : Al)和半导体(ZnO)的金属氧化物薄膜材料，从而实现3D打印聚合物到多功能3D电子器件的转变(图2)。其中，Al2O3晶种层可以促进导电薄膜在聚合物点阵表面的生长。图1. 基于PμSL 技术制备的3D导电点阵结构 图2. 金属氧化物在3D打印点阵结构上的生长图3. 金属氧化物包覆的3D打印八面体点阵的电学性能图4. 3D导电点阵结构的传感性能 3D导电点阵结构电学性能的测试表明金属氧化物薄膜厚度、3D网络结构以及生长温度等均可影响结构的导电性能；同2D结构相比，3D导电点阵结构具有更大的比表面积，为电流传导提供更多的平行通道，因此，该结构的导电性能明显增强。研究结果发现，八面体导电点阵具有高比表面积、高理论预测电导率和热导率，因此研究者将其用于多模态传感器进行传感性能的研究并进行验证。结果表明3D几何结构不仅提高了传感器的灵敏度，而且增强了传感器对化学、热以及机械刺激的响应。该研究成果表明3D导电点阵结构在植入式生物传感器、3D集成微机电系统等介观尺度器件方面具有巨大的应用潜力，以“Transforming 3D-printed mesostructures into multimodal sensors with nanoscale conductive metal oxides”为题发表在Cell Reports Physical Science上。原文链接：https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2022.100786官网：https://www.bmftec.cn/links/10

复杂环境下的低表面能液滴操控对于混合液相分离、化学微反应废物处理等能源、环境与健康领域的应用发展具有重要指导意义。具有液体靶向运输控制功能的仿生结构表面为微滴操控提供了一种能耗更低、制备工艺更简单的解决策略。目前实现基底表面液滴智能运输主要依赖于材料润湿性梯度和结构的不对称性，且相关研究均集中于水处理。油等低表面能液滴的低接触角滞后和接触线滑移使其相比水运动路径更难控制，尽管具有亲油表面的传统圆锥形结构可以实现微油滴的自运输，但复杂环境下的实用性、大容量自发连续低表面张力微液滴输送系统是亟待解决的行业难题与挑战。如何突破现有微滴操控不对称性结构的功能局限实现微油滴气-液界面跨相传输提取更是鲜有研究。近日，西南科技大学微纳仿生系统与智能化研究团队李国强教授与海河实验室曹墨源研究员合作，受鱼刺微油滴操控功能、水稻叶表面各向异性液滴滑动现象启发，利用PμSL高精密3D打印（摩方精密，nanoArch S140，P150）技术制备了一种多仿生槽锥刺结构（BGCS）实现水下油滴的逆重力高效运输与收集。在非对称拉普拉斯压力和表面毛细力的协同作用下，所设计的2-BGCS结构具备在水下、空气以及跨气-液两相界面超快、连续传输油滴的功能，运输速度最高可达70.2 mm/s。与传统圆锥形结构相比，倾斜角20°时，2-BGCS结构的输送速度提高9倍。在逆重力传输油滴时，2-BGCS结构能够提升超过22 μL的重油滴，通量提升5倍，极大的改善了圆锥结构的功能与性能，且具有输运大体积油滴的潜力。仿生槽锥刺集油阵列装置表现出在水环境下连续、自发地收集油滴的性能。该研究为复杂环境下的油滴从输送到收集提供了一种集成、通用的新策略，在水下微油滴收集系统、生物分析及污染治理等领域具有广阔的应用前景。评审人对该工作给予高度评价：基于锥形结构和沟槽结构的巧妙结合和功能设计为微流控等领域提供新的仿生策略。该工作以“Directional and Adaptive Oil Self-transport on a Multi-bioinspired Grooved Conical Spine”为题发表在国际著名期刊《Advanced Functional Materials》上。西南科技大学机械工程2019级硕士生李耀霞和中国科学技术大学仪器科学与技术2021级博士生崔泽航为共同一作，通讯作者为李国强教授和曹墨源研究员。图1 仿生槽锥刺结构的设计与性能对比。受鱼刺和水稻叶启发，利用精密3D打印制备了不同槽个数的仿生锥形结构。梯度槽和锥形结构的结合，使仿生结构具备水下超快逆重力定向传输功能，对比不同槽数的仿生结构以及传统锥形结构，2-BGCS结构的运输效果最佳。图2 不同结构连续输送油滴及理论机制的比较。对仿生槽锥形结构、传统锥形结构以及对称圆柱结构在水下进行连续逆重力输送实验对比，微油滴在不同结构上连续运输的高度对比说明仿生槽锥形结构上的微油滴能够不断连续输送，且不影响下一次循环。基于不同结构对比实验，对油滴沿结构运输的模型进行机理分析。图3 仿生槽锥刺结构在不同环境下油滴运输的应用。基于仿生槽锥形结构水下逆重力油滴运输的优异性能，进一步探讨了在多环境下的油滴运输功能，不仅能够实现微油滴在空气中的超快输送，还可以实现气-液界面跨相油滴传输，集成收集装置能够实现水下油滴的大通量收集。小结综上所述，受鱼刺空中油滴定向输送以及水稻叶各向异性槽的启发，作者借助精密3D打印制备新型仿生功能结构，由锥形结构产生的非对称拉普拉斯压力和凹槽结构产生的表面毛细力的共同作用下，提高了油滴在水下传输能力，极大的改善了传统圆锥结构的功能与性能。同时，利用不对称结构实现油滴跨气-液两相界面的精准高效传输，仿生槽锥刺集油阵列装置实现在水环境下超快、连续收集油滴，为复杂环境下的油滴从输送到收集提供了新的方法。微纳仿生系统与智能化团队一直致力于超快激光微纳精密制造和超精密3D/4D打印制造的基础研究与应用研究，以开发微纳功能结构、芯片、器件及集成系统为目标，服务于能源、环境、健康等重点领域。近年来，该团队报道了一系列高水平研究成果，包括水平振动模式高性能微滴定向驱动（Adv. Mater., 2020, 2005039），飞秒激光诱导自生长蘑菇头凹角结构微柱（Nano Lett., 2021, 21, 9301−9309; ACS Nano2022, 16, 2730-2740），激光3D打印和飞秒激光直写构筑仿鱼骨微液滴多相分流器、仿荻草叶保水功能“即插即用”式高效集水灌溉装置（J. Mater. Chem. A, 2021, 9, 9719; J. Mater.Chem. A, 2021, 9, 5630; Nano-Micro Lett., 2022,14:97），精密3D打印构建仿生麦芒分级系统用于高效雾水收集、受蚊眼启发的激光织构化仿生多功用玻璃（Chem. Eng. J, 2020.125139; Chem. Eng. J,2021.129113），一种用于微样分析的仿生微滴操控器（ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13, 14741−14751）等40余篇。这些重要成果体现了机械工程学科在科学研究和人才培养方面的新成就。该研究受到国防科工局十四五基础科研计划项目、装备预研领域基金项目、国家自然科学基金项目、四川省科技创新基金等项目的支持。

随着柔性电子领域的快速发展和物联网技术的普及，能够用来监测人类生理指标（如心跳、脉搏、运动周期、血压等）和机械运行状态（如主轴跳动、机器人运动状态感知等）信号的可穿戴电子器件逐渐应用到社会生活中。可穿戴电子器件的共形设计和制造使其在电子皮肤、柔性传感和人工智能中具有潜在的应用前景。当前，大多数电子器件是利用光刻、压印技术和电子束在硅表面进行制备。然而由于缺乏弯曲表面的加工工艺，要制备与复杂曲线表面（例如人体关节）共形的电子器件尤为困难。面投影微立体光刻3D打印技术（PμSL）可快速制造并成型任意形状和可设计的结构，为三维共形柔性电子器件的制造提供了灵活性和简便性。然而，考虑到柔性材料的成型工艺与功能特性，传统的制造工艺限制了功能材料的设计范围，降低了微结构的设计与成型尺度，制约了功能器件的成型和性能提升的范围。图1 论文工作的摘要图近日，西安交通大学机械工程学院陈小明、李宝童、邵金友教授等研究人员，从功能压电纳米复合材料的改性与压电器件的微结构拓扑优化等两方面出发，利用面投影微立体光刻3D打印技术（nanoArch S140，10μm精度，深圳摩方），通过设计并调节压电氮化硼纳米管材料（BNNTs）和光敏聚合物树脂的界面相容性，结合拓扑优化微结构方法，实现了具有高灵敏度、宽响应，且结构可覆形的柔性压电传感器制造。该研究以“3D printed piezoelectric BNNTs nanocomposites with tunable interface and microarchitectures for self-powered conformal sensors”为题发表在国际高水平期刊《Nano Energy》上，为高性能可穿戴柔性压电传感器件的设计与制造提供了新思路。工作要点一：功能纳米复合材料（BNNTs）的表面改性与材料制备，超低负载量（0.2wt%）的纳米复合材料表现出出色的压电性能：图2 功能纳米复合材料（BNNTs）的设计、改性与表征：a）BNNTs表面功能化工艺；（b）原始BNNTs/功能化BNNTs和树脂基体界面力学行为示意图；（c）极化与未极化BNNTs等压电输出信号为了提高压电纳米填料在有机聚合物溶液中的相容性和分散性，以及纳米复合材料的压电性能，通过用硝酸处理来实现纳米管表面的氧化和羟基形成，在超声处理下，官能化分子（TMSPM）与BNNT-OH表面的官能团嫁接，生成化学官能化的纳米管（F-BNNTs）。同时，纳米管上的丙烯酸酯基团显着提高了BNNTs在聚合物基体溶液中的分散性及压电输出；实验表明：相对于原始BNNTs，基于F-BNNTs的复合压电聚合物的压电输出提高了140% （见图2）。工作要点二：结构拓扑优化显著提高了复合材料的压电性能，微结构的纳米复合膜在较宽的响应区域上展现出高灵敏度；  课题组研究人员的前期研究工作表明，微结构化能显著提升压电器件的输出信号（Small 13 (23), 1604245；Nano Energy 60, 701等）。因此为了实现器件电信号输出的最大化，本文采用结构拓扑优化的方法优化压电膜的微观结构，并利用高精度面投影微立体光刻3D打印的微尺度加工能力，实现拓扑微结构的制造。数值模拟结果表明，微结构的引入能显著提高压电输出，并且具有优化微结构（struct B-P 和struct C-P）的压电薄膜能进一步提高信号输出（见图3）。图3 平面和微图案化压电薄膜的设计和仿真结果通过微结构3D打印拓扑结构及压电信号测试，表明F-BNNTs /树脂复合膜的最大输出电压记录为4.7 V，与原始的平面F-BNNTs压电膜相比，输出提高了4.3倍，比未官能化的BNNTs基复合膜高出10倍。这种显著增强主要归因于聚合物和压电填料之间有效应力传递，以及复合膜的拓扑微结构设计。图4 （a-f）不同微结构压电薄膜；（g）薄膜压电输出；（h）压电微结构薄膜的压电输出实验与仿真对比工作要点三：基于PμSL技术实现共形压电器件制造与应用；与传统的微加工方法相比，面投影微立体光刻3D打印技术在设计和制造具有复杂几何形状的共形电子器件上具有更大的灵活性，如图5所示，曲面形状和微结构的制造证实了功能材料在复杂表面上的非平面制造能力。图4 （a）面曝光3D打印原理；（b）微结构化的共形薄膜示意图可打印压电材料被用于构造机器人手的智能触觉应变传感器。为了确保压电器件在弯曲或不平坦表面上的功能性，根据机械手的表面设计了合适的3D模型，然后将共形器件打印并安装到机械手不同的指骨上，通过建立应变感应电压与特定手部姿势的映射关系，手指上的应变传感器阵列可为机械手提供触觉感测的能力。图5（a–d）机械手上的共形应变传感器可转换不同的姿势，例如松弛（a），抓取（b），吊勾（c）和托平（d）；（e）从托举球到抓紧球的姿势以及相应的电压响应（f）。如图5所示，手指上的应变传感器阵列可以使用14个压电应变传感器直接转换手的姿势，当用手握住不同结构的物体时，应变传感器会记录弯曲手指的不同输出信号。从预定义的传感器中获得的针对这种姿势的力的大小及其空间分布。3D打印的共形柔性压电传感器件可用于捕获接触区域上的力分布并监视机械手的不同运动，使其更能像人手一样具备相关功能，在人机交互中应用。本研究提出了一种面投影微立体光刻3D打印功能化纳米复合材料实现功能器件制造的方法，并通过材料改性与微结构设计两方面协同提升信号输出。研究结果表明：在光固化聚合物树脂中掺杂低负载量（0.2 wt％）的功能化氮化硼纳米管，并进行微结构拓扑优化，可实现高性能压电器件的制造。该方法制备的传感器在智能机器人、仿生电子皮肤、曲面结构件健康检测与人机接口等领域有广泛的应用前景。 论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2211285520308776官网：https://www.bmftec.cn/links/10