在当今的医疗保健和生命科学领域，3D打印技术正成为推动创新的关键力量。摩方精密的超高精度微纳3D打印技术，在制造众多医疗设备所需的精密零部件方面，展现出了其优异的适用性。在生物医疗领域，3D打印的革新力量不仅限于医疗设备的创新，更扩展到了大型医疗保健和制药企业的研究视野。他们正积极探索如何将3D打印技术与新一代药物研发相结合，特别是在生物药物和个性化外科手术，如骨骼移植等领域的应用潜力。此外，许多项目正在探索如何利用结构使医疗设备提能增效。去年，英国诺丁汉大学的增材制造中心选择了摩方精密作为EPSRC资助的3D打印“Dial Up”项目的顾问，这一项目旨在提升按需制造的性能。该项目中，一个来自多个学科的研究团队着手编写一份关于 3D 打印在医疗技术和生命科学应用中的标准化手册。与此同时，该项目还和由 MRC 资助的后续项目“Acellular / Smart Materials – 3D Architecture: UKRMP2 hub.”并行推进。最近，摩方精密欧美区总裁John Kawola被邀请加入另一个基于英国诺丁汉大学生物发现研究所的项目咨询委员会，该研究所是新材料和医疗器械的研究与开发领域中的领军者，他们获得了一项 EPSRC的资助，可用于开展一个专注于设计生物指导性材料以备医疗设备翻译用途的项目。这个项目的名称是“可翻译医疗设备的生物指导材料设计”，它的核心目标是解决植入式医疗设备在兼容性方面所面临的重大挑战。Ricky Wildman教授、Felicity Rose教授与摩方精密欧美区总裁John Kawola用3D打印解决问题尽管这些项目的目标各有不同，但它们在实施上却采用了相似的方法。在Dial Up项目中，研究人员采取了一种精细的筛选策略，以探究如何自动化地识别医疗产品的材料和制造工艺，从而迅速将概念转化为实际的临床应用。这一策略的核心在于加速采纳过程，并简化生产流程，以助力长期慢性病患者者受益于创新产品（例如肠道疾病患）。本项目的主要目标是开发一种肠补片，这种补片能够在肠道发炎的组织原位促进再生。为实现这一目标，研究人员采用摩方精密的微纳3D打印技术，制造了具有与细胞相关的特征且尺寸精准的结构。与此同时，研究人员正在探索如何使用摩方精密的微纳3D打印技术设计出能够精确控制和引导细胞行为的精密结构。他们的目标是拓展能力，制造出能够有效地引导干细胞发展成为骨骼或其他特定表型的微颗粒。在这一领域，研究人员正努力寻找一个平衡点，即在保持细胞能够积极响应的特征尺寸的同时，又能保障这些细胞颗粒在大规模化生产中保持商业上的可行性和生产效率。设备排斥是医疗保健领域的一个重大问题，但研究人员发现，物理表面形态（或结构）以及材料是植入式医疗设备免疫接受的重要因素。在关注对抗异物反应的设备项目中，研究团队正在利用摩方精密的微纳3D打印技术来优化研究结果，并生产出制造合适的设备，其中材料和结构是通过半自动化的体外测量进行测试的。在这些项目中，研究人员的目标都是收集大量相关数据，这些数据可以被人工智能（特别是机器学习）利用，以构建有效的性能模型并提供机制性洞察。利用摩方精密的超高精度打印的技术能力，再加上其高吞吐量的特点，使得微纳3D打印技术完美地适应了这个应用场景。研究人员的最终目的是开发出全新的设备，或者找出制造现有设备的新方法，从而优化和改善患者护理和恢复过程。英国诺丁汉大学的Biodiscovery Institute摩方精密的PµSL技术因其非凡的精确度和在制造过程中对生物材料的完整性维护而受到高度评价。这一突破性技术，将依托摩方精密与英国诺丁汉大学已有合作基础，进一步深化双方伙伴关系，共同致力于推进医疗技术和医疗保健领域的革新。此次合作项目，不仅是双方合作伙伴关系的一个里程碑，更是对医疗技术和设备性能优化的一次重要探索。通过这种技术的应用，有望在多个行业领域中，实现设备效果的最大化，从而为全球生物医疗领域做出积极的贡献。

角膜炎，也被称为角膜溃疡，是一种常见的角膜疾病，由细菌、真菌、病毒或变形虫引起。这种眼部疾病是导致视力丧失的主要原因，据报道，传染性角膜炎已成为全球第五大致盲原因。长期佩戴隐形眼镜是导致了金黄色葡萄菌的侵入的主要诱因之一，这种细菌的侵入容易诱发细菌性角膜炎，其临床症状为急性疼痛、红肿、畏光。研究发现细菌感染可诱导感染组织微环境发生酸性变化，进一步加剧疾病发病机制。传统上，细菌性角膜炎最常见的治疗方法是在眼表面局部使用广谱抗生素滴眼液来对抗传染性细菌。然而，由于角膜上皮屏障阻止亲水药物大分子穿透角膜，以及泪膜稀释清除药物溶液，大大降低了生物利用度和减少了药物滞留时间。因此，为了维持角膜内有足够的药物浓度，通常需要使用大量抗生素和频繁给药，这很可能给眼组织带来毒性影响，增加抗菌素耐药性的风险。基于此，武汉大学药学院黎威教授团队设计开发了一种自植入的核壳结构微针贴片，用于治疗细菌性角膜炎。相关研究成果以“Self-Implantable Core–Shell Microneedle Patch for Long-Acting Treatment of Keratitis via Programmed Drug Release”为题发表在期刊《Small》上。武汉大学药学院博士研究生江雪为第一作者，武汉大学药学院黎威教授为通讯作者。该微针贴片是利用摩方精密microArch® S240（精度：10μm）3D打印设备加工模具后经PDMS翻模制备而成。该研究首先通过原位的还原法制备了装载纳米银的沸石咪唑酯框架-8纳米粒（Ag@ZIF-8），然后将其装载在聚乙烯醇（PVA）组成的微针水溶性核心部分。MNs的外壳结构由生物相容性和可生物降解的天然蛋白质丝素蛋白(SF)组成，作为抗血管生成/抗炎药物雷帕霉素的(Rapamycin, Rapa)的缓释药物库（图1）。图1 装载Ag@ZIF-8和雷帕霉素的核壳微针的示意图随后通过透射电镜，x射线光电子能谱仪等多种表征证明，当纳米银被成功包覆在ZIF-8中，仍然可以维持ZIF-8原来的晶体结构。氮气吸附法和热重分析证实纳米银的负载率约为15%。在不同PH下做释放发现，Zn2+和Ag+在酸性pH下大量释放，呈现较灵敏的酸响应。并且通过透射电镜观察得到ZIF-8的结构在酸性条件下几乎完全破坏（图2）。图2. Ag@ZIF-8 NPs的表征。A) a) ZIF-8 NPs和b) Ag@ZIF-8 NPs在水溶液中的照片。比例尺，1厘米。TEM照片c) ZIF-8 NPs和d) Ag@ZIF-8 NPs在甲醇中的分布。比例尺为100纳米。B) Ag@ZIF-8 NPs的XPS测量谱。C) ZIF-8 NPs和Ag@ZIF-8 NPs的粒度分布。D) ZIF-8 NPs和Ag@ZIF-8 NPs的紫外光谱。E) ZIF-8 NPs和Ag@ZIF-8的XRD谱图。F) ZIF-8 NPs和Ag@ZIF-8 NPs的N2吸附-解吸等温线。G) ZIF-8 NPs和Ag@ZIF-8 NPs的TGA曲线。H) Ag@ZIF-8 NPs中Zn2+和Ag+在不同pH值介质中的释放分布。每个点代表平均值±SD (n = 3)。I)Ag@ZIF-8在不同pH值的培养基中孵育12小时后的TEM照片。比例尺为200 nm。然后，通过SEM观察微针的结构。该微针为4×4的方形矩阵，针体呈圆锥形，底部直径为400 μm，高度为850 μm。壳层丝素蛋白用罗丹明标记，核层用FITC标记，在共聚焦显微镜下可明显观察到红色荧光包裹绿色荧光。同时通过元素映射分析针尖的横截面，可以观察到壳层拥有丰富的氮元素，而壳层包围的核心层富集较多的Zn元素，证实了微针的壳核结构。通过穿刺明胶凝胶块，可以观察到FITC标记的PVA层进入凝胶后立即向上扩散，而红色标记的SF层保持不变（图3）。图3. 核壳MN贴片的表征。A)制备的核壳MN贴片、单个MN、针尖和针底的SEM图像。比例尺从左到右分别代表400 μm、400 μm、20 μm、20 μm。B)用不同荧光标记核-壳MN的亮场和荧光图像，壳标记为红色，核标记为绿色。比例尺，500 μm。C)核壳MN在不同深度的横截面图。标尺，50 μm。D)核-壳MN的EDS元素映射分析。标尺，20 μm。E)明胶水凝胶中核壳MNs的快速分离。比例尺，500 μm。黄色箭头表示绿色荧光标记的NPs从MNs核心快速释放，蓝色虚线表示空气和水凝胶之间的界面。紧接着，通过力学测试和体外眼球上穿刺，证实了该壳核微针具有较好的力学性能和较高的穿刺效率。核心层进入眼球后，立即扩散，而壳层保持不变。微针的药物释放曲线同样证实了核心层的速释和壳层的缓释（图4）。这种壳层结构可以用来保护核心层，使抗菌纳米粒较多的递送到角膜基质，而不是溶解在角膜表层。图4. 体外和离体核壳MN贴片角膜植入和药物释放动力学。A)核壳MNs的力学试验。B)核壳MNs贴片在离体大鼠角膜上的应用。比例尺，500 μm。C) ZIF-8 NPs和D) Rapa的体外释放行为。E)离体角膜植入前后核壳MN贴片的亮场图像。比例尺，500 μm。最后通过在角膜基质内注射金黄色葡萄球菌，实现在大鼠上造细菌性角膜炎模型，然后通过镜下观察眼球，提取角膜细菌，角膜炎临床评分和病理切片来评估壳核微针的治疗效果（图5）。相比于其他组，壳核微针不仅在较短时间（5天）内杀死了细菌，抑制了角膜炎症，并且减少了角膜新生血管的发生，这得益于壳核微针较高的递药效率和雷帕霉素的长效缓释能力。我们还发现空白MNs在老鼠观察期间没有造成任何损伤，也没有加重角膜炎的发展，证明了MNs的安全性。图5. 核壳MNs贴片治疗细菌性角膜炎的疗效观察。A)处理过程示意图。B)角膜炎大鼠经Ag@ZIF-8滴剂、Ag@ZIF-8与Rapa滴剂混合、空白MNs、Ag@ZIF-8治疗后的眼球照片原子核-壳层原子。以健康大鼠眼为阳性对照，未处理的模型大鼠眼为阳性对照。绿色箭头表示角膜中生成的血管。比例尺，2mm(上)和400 μm(下)。C)第5天各组大鼠角膜提取的细菌涂板。比例尺，2.5厘米。D)各组细菌菌落的定量。E)临床各组大鼠的角膜炎得分。F)各组大鼠角膜H&E染色。标尺, 200 μm。结论：在这项工作中，我们设计了一种具有核-壳结构的眼部微针贴片，用于协同治疗细菌性角膜炎。这种微针贴片含有pH响应性Ag@ZIF-8 NPs和抗炎抗血管生成的药物(即Rapa)。在角膜植入后，由于泪液快速溶解可溶层，核壳MNs可以迅速从贴片背衬中分离并嵌入角膜。MNs植入后，Ag@ZIF-8 NPs从核心层扩散，随后在感染角膜的酸性环境中发生响应性降解，通过释放金属离子(Zn2+、Ag+)发挥抗菌活性，促进角膜上皮细胞迁移。同时，由天然材料(即SF)组成的可降解外壳使Rapa缓慢释放，从而实现长效抗炎和抗角膜血管生成。由于有益的程序性药物释放特性，单次给药核壳微针贴片在细菌性角膜炎大鼠模型中实现了优越的协同抗菌、血管抑制和抗炎效果，为细菌性角膜炎的治疗提供了一种有前景的方法。

南方科技大学郭传飞课题组研发了一种基于柔性滑觉传感的机器人触觉感知系统用于纹理识别。（点击链接查看详细内容）团队采用摩方精密nanoArch®S130（精度：2μm）3D打印设备，实现了类指纹结构模板和分级微结构模板的高精度打印，并结合倒模技术制备了柔性PDMS人工指纹（周期：350 μm，高度：260μm）和具有分级微结构的离子凝胶（周期：200μm，高度: 55μm）。

当前是我国迈入制造业转型升级的关键阶段，中国智能制造将迎来“加速时刻”。制造业智能化改造和数字化转型是中国智能制造新阶段的一个新命题。企业将全面提升在设计和生产环节的精细化、可视化、智能化水平，从而达到提质增效的目的。市场对于多样化、小批量以及快速迭代生产的需求愈发显著，而增材制造技术可以使精密电子产品的发展不再受限于传统的生产规模和周期。从未来发展看，微纳3D打印技术必将成为未来智能制造发展的一个新趋势。传递行业趋势、共享未来技术慕尼黑上海电子生产设备展将在2024年3月20-22日于上海新国际博览中心（E1-E6&C3馆）举办。展会致力于从产业发展、技术创新、解决方案等方面探讨分析智能制造与电子创新全产业链发展和行业需求大方向，通过分享实践经验、深入探讨创新解决方案。作为全球增材制造领域的创新合作伙伴，摩方精密将在2024年慕尼黑上海电子生产设备展上携带多款精密样件和设备亮相E1-1722，展示精密电子加工整体解决方案，致力于提供优质、专业的微纳3D打印服务。这是一个深入了解智能制造与电子创新全产业链的机会，摩方精密期待通过展示具有前瞻性的技术与产品，为行业带来一站式、高精密、高效率的精密电子制造体验。展品速递，进一步推进精密制造增速复杂精密微型化的电子样件研发一直存在着加工周期长和成本高等问题。摩方精密微纳3D打印技术和传统CNC以及注塑成型相比，微纳3D打印技术在加工精密连接器方面明显具有精度高、成本低、和周期短等明显优势。本次展会，摩方精密将带来10 μm打印精度设备nanoArch® S140 Pro，以及来自精密电子、高频通讯、生物医疗以及微型机械等领域的多款精密样件，让我们一起提前领略这些前沿技术的魅力。10µm打印精度，超高公差控制能力摩方精密10 µm打印精度设备nanoArch® S140、nanoArch® S140 Pro和microArch® S240不仅具有高精密方面的特点，而且兼具±25 µm加工公差，且能更进一步满足客户在精密结构件加工尺寸、加工效率及加工材料等方面的需求。摩方精密推出的具备10 µm打印精度的3D打印机系列，专为科研和工业小批量生产而设计，并且通过其复杂精密零部件快速成型的能力，成为众多行业在开发验证原型器件及制备终端零部件小批量产品时的首选。专业级精密加工能力，多种材料可选采用摩方精密microArch® S240打印的微穹顶结构，满版可达961个，尺寸精度极高，产品一致性好，为制造具有高灵敏度、高线性度和宽压力响应范围的柔性压力传感器提供有力支持。由摩方精密nanoArch® S140打印制作的精密复杂连接器，外形尺寸为16.7*9.55*9.36mm³，最小壁厚0.14mm，最小间距0.28mm，兼具强度和韧性要求，有效解决了精密连接器加工周期长加工费用贵的难题。摩方精密在材料领域提供了多样化的选择，包括各种树脂、陶瓷等可满足不同的制造需求，为精密电子加工领域带来了前所未有的制造精准度和可靠性。摩方精密的精密电子制造解决方案和强大技术支持可帮助客户实现数字化、智能化生产，在提升生产效率的同时，为企业赢得更多的发展机遇。

随着科技的进步和需求的不断变化，传统制造技术已难以满足复杂、高效的制造需求。金属增材制造技术作为一项具有革新性意义的技术，其应用广泛涉及高频通讯、航空航天、汽车制造等众多领域。奥地利工程公司和原始设备制造商Incus GmbH，一家专注于光固化金属3D打印领域的科技创新公司，已与摩方精密达成了深远的战略合作，旨在共同推广光固化金属3D打印技术在中国市场的深度发展。深度赋能，创新破局欧洲航天局携手Incus探索利用月球废料进行增材制造的可行性，挖掘在月球环境下实现零废料工作流程的潜力。这些废料是从以前的导弹或卫星碎片中回收的，利用快速成型制造技术生产高质量的零件，为能利用月球资源和回收废金属建立可持续的月球基地打下了良好基础。在月球上开展增材制造面临的最大挑战是恶劣的月球环境，包括大气、重力、温度、辐射和潜在的月尘污染。尽管存在这些挑战，Incus Hammer Lab35 快速成型制造设备仍能生产出强度很高的部件，并与注射成型生产的钛部件的强度（1000-1050 兆帕）相当；其次，能够使用回收粉末作为原材料，并提供可持续的零废料工作艺流程。再者，除了因为重力等因素需要减小设备的尺寸、质量和体积外，无需对现有的设备进行设计上的修改。目前项目展示的结果证实了基于光聚合原理的金属增材制造 (LMM) 技术可以极大的助力ISRU（就地资源利用）的推动，验证了LMM技术可用于回收废料进行原材料加工，从长远来说，它更是预示着被月壤污染的粉料可被用于打印。尖端技术，产能优势Incus采用的核心技术是基于光聚合原理的金属增材制造 (LMM) 技术。该技术是通过激光投影至打印材料层进行固化，逐层叠加成型三维结构，经过脱脂烧结最终得到金属三维结构。LMM技术在高精度加工方面具有强大的能力，而且不需要进行复杂的后处理工艺，如抛光和机加工。Incus Hammer系列金属3D打印机是基于LMM技术诞生的商业化金属增材制造的设备。该设备光学精度高达35 μm，经脱脂烧结可实现具备常规铸造样件性能的金属结构件。其后处理工艺可兼容金属注射成型工艺（MIM），并可实现常规MIM的工件性能以及MIM无法匹及的复杂几何形貌，其中XY公差可达±17.5 μm以及烧结后表面粗糙度低于5 μm。Incus在众多合金材料的加工已有丰富经验，例如不锈钢合金316L、17-4PH以及其他材料的Ti6Al4V、CoCr合金等。今年2月，Incus通过LMM技术可以制备出99.9%纯铜材料，几乎可媲美传统方法制备的铜的电导率和热导率（92%各向同性），且烧结时间也已经优化到12个小时以内。这说明了，Incus LMM技术能够进一步提升赋能高附加值应用领域的可行性，也将加速增材制造技术在定制化高端精密产品的批量化加工的推广。

磁控柔性驱动器通常由具备磁响应变形能力的柔性复合材料制备获得，在外加磁场的驱动、控制、引导下，可实现非接触式的连续形变、灵活运动、输运货物等功能。磁场驱动凭借其中低频磁场安全性高、可穿透人体组织而不发生明显衰减、通过电信号可实现精准控制等优势，近年来在生物医疗领域展现了广阔的应用前景,也逐渐成为了学科交叉和前沿探索的研究热点。然而，传统的磁控柔性驱动器在制备后其磁分布也随之确定，所以目前缺乏一种具备可重编程能力、能够高效集成其他功能模块的磁控柔性驱动器。近日，清华大学深圳国际研究生院弥胜利教授团队报道了一种像素组装式的磁控柔性驱动器的制备工艺，可应用于低成本、可回收、可重编程的磁控驱动器的构建，实现定制化结构变形与仿生运动（抓取、游泳、蠕动等），并集成微流控功能模块可用于开关阀控制、曲率调节、动态芯片结构与液体药物输送机器人等。相关研究成果以“Reprogrammable Magnetic Soft Actuators with Microfluidic Functional Modules via Pixel-Assembly”为题发表在《Small》上。本文通讯作者为清华大学深圳国际研究生院弥胜利教授。第一作者为清华大学深圳国际研究生院2023级博士生赵笑宇。该工作得到了国家自然科学基金委和深圳市发展和改革委员会战略性新兴产业发展专项资金扶持计划的支持。在该项工作中，团队利用PDMS-NdFeB混合物所制备的像素点与硅胶薄膜之间基于伦敦色散力可逆粘附作用，通过运用旋涂、打孔、充磁的方法建立了磁性像素点的基本单元库。根据预期变形设计结构的磁分布，进而基于粘贴组装的简易方式构建了具备重编程能力的磁驱动柔性驱动器，如图1所示。图1 像素化组装磁控柔性驱动器团队构建了多样化功能的磁驱动柔性驱动器，实现了折纸、剪纸、图案化变形（图2），以及六爪抓取、树叶飘动、章鱼游泳、蠕虫蠕动等仿生运动（图3）。图2 具备不同磁分布的磁控柔性驱动器在磁场响应下的变形图3 多种运动模式的仿生磁控驱动器随后团队将微流控功能模块集成到硅胶基底层，应用于微流控芯片的开关阀控制、芯片曲率调节、流体混合、动态微流控芯片结构的构建，并开发了一款液态药物递送的磁驱动爬行机器人。该机器人结合毒牙式微针，具备体内定点药物释放的应用潜力，如图4所示。该微针阵列由摩方精密microArch® S230（精度：2μm）制备完成，12根微针均匀分布在圆环基底上，单个针体呈圆锥形毒牙状，底部直径为250μm，高度为450 μm，SEM图像显示了微针的毒牙状形貌（图4g）。图4 磁驱动液态药物递送机器人结论：本研究提出了一种基于像素化组装的磁控柔性驱动器的制备工艺，建立了磁性像素点所构成的基本单元库，通过粘贴组装的方式构建具备各类可重编程磁分布的结构。这些结构展现了多样化、可拓展的变形与仿生运动，同时为微流控功能模块的集成提供了接口，从而在磁场驱动下实现了开关阀、曲率控制、流体混合、动态三维微流控结构和液体输送机器人等应用。然而，为实现更广泛的应用，还需要解决一些限制因素：利用自动化设备来取代繁琐的手工装配；提高像素的精度，并实现批量生产；通过更精密的磁驱动平台实现复杂任务中的高精度磁场操纵等。

瑞士Exaddon AG是一家从事微纳级金属3D打印的高科技企业，已与摩方精密建立长期战略合作伙伴关系。根据协议，摩方精密作为Exaddon AG中国市场的官方服务提供商及主要推广合作伙伴，专注于推广微纳金属3D打印技术，提供设备支持并拓展市场。双方共同致力于将微纳3D打印技术广泛应用于制造业与科研领域，推动技术革新与产业进步。01 μAM技术，用于微型金属零件制造瑞士Exaddon AG公司专注于微型金属零件的增材制造领域，旨在提供高精度和创新的微纳金属3D打印解决方案。自成立以来，该公司已成为全球学术研究项目3D打印技术的主要供应商。Exadoond AG的基于电化学沉积的金属增材制造技术（μAM），主要原理是：微流控调节脉冲气压将打印液体推入离子探头的微通道，金属离子经电化学还原沉积生成金属原子并结晶生成单一像素体，通过离子探头和平台移动实现图案化的像素体堆叠，最终形成三维金属微结构。根据打印结构的特点，可确定打印方式和步骤如下图顺序 1-2-3-4-5-6，一般先生成底部的像素体，最后触及探头而终止。悬臂梁的挠度可通过光学反馈检测，并根据其定位打印的实际高度。此外，为了获得不同微结构，可通过工艺优化（压力、抬针速度、打印顺序设定等）来实现。电化学3D打印过程可在室温下进行，可产生非常高质量的金属结构，而且无需任何后处理即可直接应用。02 应用破局，可增强细间距探测Exaddon AG的μAM技术为成功实现和测试低于20 μm间距提供了可能性。任何需要低于当前间距限制的细间距探测的应用都可以从这种独特的技术中受益。细间距探针测试是用于测试半导体芯片的极其复杂且精确的过程，而且探针测试目前很难实现40 μm以下的间距。尽管microLED市场的复合年增长率为 80%，估值达数十亿美元，但目前LED的测试工作仍被局限于使用双探针方法，这种方法既消耗资源又耗费时间。近日，Exaddon AG已成功开发了能够以低于20 μm间距进行细间距探测的3D微纳打印探针。其microLED测试阵列直接3D打印在间距低于20 μm的预图案迹线上。该演示器阵列拥有128个探头，X轴最小节距为18.5 μm，Y轴最小节距为9.5 μm，Z轴最小节距为±2 μm。据报道，Exaddon AG的探针阵列的尺寸约为其他公司探针阵列的 10%，使microLED测试仪的效率提高了64倍。低于20 μm的打印能力为半导体行业带来了显著的好处，在更精细的间距下进行测试可以实现更大的有效芯片面积，从而提高产量并降低芯片成本和流程中的消费产品成本。03 CERES系统，实现微米级金属打印Exaddon AG的CERES 3D打印系统，不仅可以在室温下以微米和亚微米级分辨率打印超高精密金属器件，还支持包括液态和纳米粒子多种形态的材料。CERES结合了纳米级精确定位、气压驱动的液体分配、电化学沉积和光学力反馈。最新的操作系统已经具备CAPA软件，具有直观的图形用户界面，可无缝连接系统的所有部分。至关重要的是，CERES可以在室温下进行打印，而无需进行后处理。它无需支撑结构即可打印悬垂零件，这种能力与其他金属增材制造技术有着巨大的区别。为了保证实现高精度的打印，系统配备了两台具有计算机辅助对准功能的高分辨率相机，还支持自动离子吸头装载以及3D打印结构的拍摄录像可视化。该系统非常适用于生物医药、精密电子、高频通讯、微流控、传热和微机械等领域的创新研究，也在工业功能性器件的生产制备中发挥巨大潜力。

北京航空航天大学文力研究团队提出了基于双模态智能传感界面的软体机器人非接触交互示教方法。在本项研究中，该团队利用新型微立体面投影光刻技术(nanoArch® S140，摩方精密)实现了柔性介电层表面微型金字塔模具的3D打印，该传感器自身具有较强的柔性和可拉伸性。

如何保障打印样件质量？@W=hv：Q：增材制造的逐层成型方式可能会对器件的表面粗糙度产生影响，在要求高精度的微纳3D打印中可能会极大能影响器件的精度和性能，如何解决这一问题？A：增材制造（也称为3D打印）的逐层成型方式确实会影响器件的表面粗糙度。针对这一问题，通常可以采取以下措施：1. 设计优化和模型处理：模型的设计中可以考虑去除不必要的细小特征，以减少打印过程中的复杂性。模型文件（如STL格式）的分辨率应与打印设备的分辨率相匹配，针对高精度的微纳3D打印机，相应选择高分辨率的模型文件进行打印。2. 选择合适的材料：针对不同技术的成型特点，选择合适的材料进行打印。如针对面投影微立体光刻（PμSL）技术，需控制材料的粘度处于合适的范围，粘度过大相应会导致打印过程中的流平难度增加，从而影响器件的表面粗糙度。3. 选择合适的打印参数：依据不同器件的结构特点，设置合适的打印参数。以面投影微立体光刻（PμSL）技术为例，可通过控制流平速度、选择最优的打印方向和使用最小打印层厚，有助于获得更好的表面质量。4. 后处理：针对不同的3D打印技术所加工的器件，对应可以选择不同的后处理方式来优化表面质量。以面投影微立体光刻（PμSL）技术为例，针对器件的平整表面，可尝试通过表面涂层处理的方法进一步降低粗糙度。如上所述，可以通过优化模型、选择合适的材料、合适的打印参数以及后处理等手段来尽量减小逐层成型方式对表面粗糙度的影响。如何优化打印过程？@Li：Q：如何优化打印参数以获得最佳的打印效果？A：打印工艺参数对打印成功至关重要，在打印软件中需要输入合适的参数才能保证打印成功率及公差。首选需要根据样件的外形结构，选择合适的打印方向，结合树脂流平时长，分段设置合适的打印参数。掌握不同3D打印材料的特性是基础。每种材料都有其独特的粘度、固化速度和强度。选择合适的材料并调整参数以适应其特性。然后根据样件的形状结构、单层层厚及所选树脂，设置适合的曝光时间。此外，调整刮刀和滚刀的运行频率也是提高打印精细度的关键步骤。这有助于消除气泡、实现流平，从而提升打印模型的质量。参数设置需要丰富的经验。对于新用户，使用带有自动参数设置功能的设备可以显著提高打印成功率。@A5HLEY：Q：如何在保持打印精度的同时提高打印速度和规模化生产的能力？A：要在保持打印精度的同时提高打印速度和规模化生产的能力，优化打印路径是重要的一环。通过优化打印路径，减少打印过程中的空程和冗余运动，可以显著提高打印速度。使用支持超高精度大幅面打印的设备或者使用多精度和多台打印设备同时工作，可以实现多任务并行处理，从而提高生产效率。通过集成自动化和智能化系统，如机器学习和人工智能算法，可以优化打印参数和实现多维度调节的自动化，这将大大的节省人工和时间，提高生产效率。小摩剧透新品即将来袭！——创新力作 全新升级复合精度光固化3D打印技术摩方精密即将推出全新系列设备，不仅实现了同平面多精度的打印的可能，更是打破了长期以来大尺寸加工与高精度要求之间的固有矛盾。该技术将设计师从繁琐的准备工作中解放出来，让他们能够随心所欲地发挥想象力，不受精度影响的进行创意设计。同时，该系列设备经过数以万计的实验数据验证，确保用户将体验到更智能、更稳定、更友好的操作过程。在打印前期准备、中期执行和后期处理中，将综合节省人力和时间成本，全面提升打印和生产效率。在追求原创技术创新的道路上，摩方精密持续拓展超高精密3D打印的无限可能，全力打造“硬科技”，为全球不同领域的客户带来超精密制造解决方案，将携手不同行业专家合作探索更多的创新和突破。

哈尔滨工业大学（深圳）马星教授联合中科院深圳先进技术研究院刘志远研究员，提出了一种通过将镓基液态金属转变为固态并通过塑性变形制备复杂3D结构柔性导体的方法。在本项研究中，由摩方精密25 μm精度的nanoArch® P150设备3D打印的高精度模具，为制备2D应变传感电路和3D拱形跳线提供了精密支持。

肿瘤异质性一直被认为是阻碍个体化诊疗进步的一大障碍。其中，肿瘤转移性与肿瘤异质性密切相关，是恶性肿瘤的一种常见并严重的表现，对患者的生存率和生活质量有着极大的影响。肿瘤类器官是源自肿瘤组织中肿瘤特异性干细胞通过三维组织培养形成的细胞簇，它可模拟体内肿瘤特征及肿瘤细胞异质性，该技术的应用为肿瘤研究和治疗提供了可靠的模型，特别是为个性化肿瘤诊疗开辟了新的方案。目前，在体外利用肿瘤类器官技术评估肿瘤转移性的方法仍然十分缺乏。传统的评估细胞迁移能力的方法包括Transwell、细胞划痕等，这些方法无法模拟原发性肿瘤转移的过程，因此无法有效评估肿瘤的转移性。器官芯片技术能够模拟人体器官的功能，通过将微型芯片和生物材料组合，可以更加准确地研究和测试药物的效果、了解疾病的有关机制以及开发个性化诊疗方法等。但目前用于研究肿瘤转移的器官芯片大多仍采用传统的肿瘤细胞系构建模型，由于传统的肿瘤细胞系与患者来源的肿瘤细胞存在较大差异，因此难以重建真实的肿瘤转移过程，使得现有方法无法满足临床上的应用需求。近期，中南大学湘雅医院皮肤科、中南大学机电工程学院、重庆大学三峡医院等研究团队在《Small》（IF=13.3）期刊上在线发表题为“Mimicking Tumor Metastasis Using a Transwell-Integrated Organoids On-a-Chip Platform”的原创性论著。该研究提出了一种用于评估肿瘤转移性的肿瘤类器官芯片。该芯片可以模拟人体内肿瘤生长和转移的生理过程，能够有效评估患者肿瘤细胞的侵袭能力和生长能力，为研究肿瘤的转移性以及相应的肿瘤治疗和药物研究提供了重要的工具。据悉，这项研究的第一作者和第一通讯作者单位均为中南大学。21级硕士研究生陈迈科和20级博士研究生单晗为该论文共同第一作者；中南大学湘雅医院皮肤科陈翔教授、赵爽副研究员、中南大学机电工程学院陈泽宇教授、重庆大学三峡医院印明柱教授为该论文共同通讯作者。首先，作者阐述了肿瘤异质性的原理以及肿瘤转移的过程，并在传统评估细胞迁移能力方法的基础上，提出了Transwell集成的肿瘤类器官芯片精准评估肿瘤转移策略。 图1 Transwell集成的肿瘤类器官芯片用于评估肿瘤转移和药物筛选然后，作者使用高精度3D打印技术（摩方精密nanoArch® S140，精度：10μm）制作了芯片腔室的六边形支架，并使用激光切割技术制造了芯片主体，最终装配成了集成Transwell单元的仿生肿瘤类器官芯片。图2 仿生肿瘤类器官芯片制造作者进一步使用肿瘤类器官芯片评估了患者来源的粘膜黑色素瘤类器官和肢端黑色素瘤类器官的肿瘤转移能力。通过在类器官芯片内建立营养梯度，使外侧腔室中的营养物质浓度高于中心腔室，中心腔室的肿瘤类器官会逐渐转移到外侧的腔室中。观察发现，两种黑色素瘤类器官展现出了不同的肿瘤转移能力。图3 肿瘤类器官芯片评估肿瘤转移接着，作者分别从蛋白和基因层面研究了转移出的细胞团簇与中心腔室中未发生转移的肿瘤类器官团的差异性。结果表明，转移出的细胞团簇中与转移相关的蛋白和基因表达均显著高于未转移的类器官团。这有效说明肿瘤类器官芯片评估肿瘤转移的能力。图4 肿瘤类器官一致性评估和流式分析图5 肿瘤转移相比蛋白比较图6 肿瘤转移相比基因比较 最后，作者利用类器官芯片进行了药物筛选测试。通过在类器官芯片内添加不同浓度的抗肿瘤药物，发现肿瘤类器官的转移性有所区别。随着药物浓度的提高，肿瘤的转移得到了明显抑制。图7 肿瘤类器官芯片药物筛选与其他用于评估细胞迁移能力的方法相比，该工作提供的用于评估肿瘤转移性的肿瘤类器官芯片，集成了仿生的Transwell腔室，能够高效模拟肿瘤转移的过程。另外，所设计的用于评估肿瘤转移性的肿瘤类器官芯片，使用了患者来源的肿瘤类器官进行肿瘤转移性评估，能够真实地反映人体内肿瘤生长和转移的生理过程。该工作在肿瘤患者个体化诊疗、精准医学等临床研究中具有良好的应用前景。

光电产业正处于蓬勃发展的关键时期，全球联接数量和算力需求的翻倍催生了新的机遇。中国的增材制造产业正在其庞大的国内市场中锤炼技术，将这些技术转化为创新的产品和服务。这些产品和服务不仅服务于我国客户的数字化转型，更将中国技术与实践方案送往全球市场。在这一过程中，包括光电信设备、光器件、光模块、传感技术以及半导体加工与制造在内的多个领域，都显示出巨大的市场发展潜力。技术出海-走向国际的硬核科技亚洲光电博览会（APE 2024）将于2024年3月6-8日在新加坡金沙会议展览中心盛大举行。展会将涵盖信息通信、光学、激光、红外、传感、显示等产品，其中在通信板块中将重点展示光芯片、光器件、光模块、光纤光缆、光传输设备等。展会期间，APE还将围绕未来趋势、前沿技术、行业热点及创新性应用场景等议题展开深入探讨，共同挖掘光电领域的无限可能，推动这一领域向更高层次的发展。如今，东南亚地区具有广泛的市场潜力和庞大的年轻人口基数，随着近两年当地光电企业的蓬勃发展，正在不断加强精密化基础设施建设，尤其是对精密化和数字化的需求在迅速增长。摩方精密深耕行业探索，以突破传统技术为追求，以市场需求为导向。本次展会摩方精密将携重磅设备microArch® S240(精度：10μm)以及精密复杂连接器、芯片测试接插件、树脂内窥镜端座、微流控、微针贴片等终端应用和结构样件亮相展位Hall D, DC-03，通过与业界领先企业的交流与合作，助力光电领域企业解决精密制造问题，共同探讨光电领域的未来发展方向。极客精神-以技术创新为内核在全球工业制造日益精密化、精准化和小型化的趋势下，对精确度的追求已经成为行业发展的关键所在。摩方精密一直在科研及工业领域稳扎稳打，用匠心务实的精神深耕于精密制造多元应用的探索，不断追求创新，致力于开发更加极致的新技术、新装备、新材料及新工艺。摩方精密独创的面投影微立体光刻（PμSL）技术，是目前行业内极少能实现2μm超高精度，同时兼具高公差控制加工能力的3D打印系统，能保证精度的基础上加工大尺寸样件，具有跨尺度功能，并且能使微纳3D打印技术用于加工粘稠的陶瓷浆料、工程树脂材料等。在媲美传统精密加工的同时，兼具工业级加工能力和质量，能够高效地生产出高公差控制且高分辨率的零部件。摩方精密即将推向全球市场的复合精度光固化3D打印技术，将为更小特征尺寸的复杂结构加工处理提供一套全新的解决方案。该技术不仅能够智能捕捉模型结构细节，实现同一平面上不同精度的自由切换，且具备设计灵活性与制造稳定性，这将赋予工业制造领域更多可能性。研发驱动-助力企业迈入高速发展快车道面对日益增长的连接和传感需求，摩方精密致力于深入行业应用，为大容量数据传输和高速高密度连接领域提供高效、可靠的解决方案。复杂精密微型化的样件开发一直存在着加工周期长和成本高等问题。摩方超高精密3D打印技术和传统CNC以及注塑成型相比，高精密3D打印技术在加工精密样件方面明显具有精度高、成本低、和周期短等明显优势。摩方精密与安费诺旗下的4个大通讯生产厂、6个研发与生产点进行合作，解决了他们在研发、制样过程中的难题。打印的样品精度等参数完全满足其要求，且大幅缩短制造周期，提高了其研发部门的效率，降低了试错成本。广濑电机为了缩短开发周期，选择使用摩方精密nanoArch® S140(精度：10μm）制作电子连接器原型。这些连接器的宽度为几毫米，高度仅为 1 毫米，且连接器针之间的间隔为 0.4 毫米。该司表示nanoArch® S140是唯一一台能够满足最小细节精度和准确性的 3D 打印机。本次大会摩方精密将在现场展示microArch® S240(精度：10μm)，该设备是摩方精密一款面向工业批量生产的超高精密3D打印机，具有超高精度，大幅面，宏微一体化加工等多种优势，并获得全球光电科技领域最高奖“棱镜奖（Prism Award）”。摩方精密在国际化的道路上稳扎稳打，不断加强与全球客户的紧密协作，共同挖掘更多元的应用领域。摩方始终坚持以品质为基石，以创新为内核，以服务为后盾，稳步迈向全球，致力在布道微纳3D打印的路上远行，持续构建创想生态，助力国产技术走向世界。诚邀您莅临亚洲光电博览会摩方精密展位Hall D, DC-03，与全球行业领袖共话通信未来，共启光电探索之旅！

近年来，柔性传感器在可穿戴设备、交互式显示设备、可伸缩能量采集装置、电子/离子皮肤及软机器人等诸多领域受到青睐。可拉伸导体作为柔性传感器的核心组件，它们的材料开发和性能研究受到研究人员的关注。总的来说，要实现可拉伸导体的基本性能的提升，往往在材料选择和导体微结构工程化设计两个方面进行努力。导电弹性体（CIEs）作为新型可拉伸导体之一，已经成为凝胶基离子导体的可靠替代品。为提升CIEs被用作柔性传感器重要部件时的使用性能（如灵敏度、响应时间），需要在CIEs的微结构设计和成型方法方面做出努力。以往多数研究仍然使用模板模塑成型CIEs，难以满足对CIEs形状的灵活定制需求。幸而，基于材料累加进行制造的成型原理的增材制造技术（又称3D打印），可以按需定制灵活结构的弹性体，受到越来越多的关注。在各种3D打印技术中，数字光处理（DLP）具有加工速度快，可高精度制备结构复杂的产品等优点而具有实际应用价值。尽管使用DLP 3D打印CIEs取得了一定进展，但常受限于光敏性前驱体的选择，打印出的CIEs很难具备优异的综合性能。通过构建动态网络，赋予可光引发聚合的CIEs更多综合性能，如自愈合性能、降解回收能力和极端温度下的工作性能，可以更好地满足复杂环境下传感信号的稳定性以及绿色制造的需求。为此，开发可DLP 3D打印的且具备卓越整体性能的CIEs势在必行。近日，广西大学龙雨教授团队研发出了具有高自愈合效率、耐温性、可降解性以及可3D性的CIEs。利用紫外光固化合成的CIEs展现出良好的离子电导率（0.23 S m-1），并且在弹性体网络中丰富的氢键相互作用下，使该CIEs具备优异的拉伸能力（565 %），极佳的自愈效率（在室温下99 %）、降解能力，以及在宽温度范围内（−23 至 55 ℃）保持导电和自愈合能力。随后，该团队利用新型面投影微立体光刻技术(摩方精密nanoArch® S140，精度：10μm)，打印了模拟人体皮肤表皮层与真皮层之间微结构的CIEs，并将打印出的样件组装成高灵敏度的离子皮肤，实时监控微小形变。这些特点表明，良好的综合性能和可行的制造方法使得所研发的CIEs在柔性电子领域具有广阔前景。相关研究成果以“3D Printing of self-healing and degradable conductive ionoelastomers for customized flexible sensors”为题发表在国际著名期刊《Chemical Engineering Journal》上（SCI一区，Top期刊，IF=15.1）。广西大学研究生罗欣为第一作者，广西大学龙雨教授为通讯作者。该工作得到了广西壮族自治区重点研发计划、国家重点研发计划和广西壮族自治区自然科学基金的大力支持。首先通过合理地选择离子单体、交联剂和光引发剂，合成了具有光敏性和优异流动性的前驱体溶液，通过对其紫外光照进一步共聚合成PACG（Poly-AAm /ChCl/Glycerol）CIEs。将前驱体溶液用于光固化3D打印，在3D打印过程中，由数字微镜设备（DMD）修饰的图案化405nm 紫外光源，透过前驱体溶液，照射在液槽中的打印平台上，光引发剂2959吸收紫外光后产生自由基，在交联剂PEGDA的辅助下，诱导前驱体溶液中的离子单体发生聚合反应，形成固体离子的弹性体聚合物网络结构图案。随着打印平台向下移动，逐层固化实现整个3D 实物的打印。（如图1）图1.PACG导电离子的弹性体（CIEs）的合成和3D打印方案。(a)制备可光固化的前驱体的示意图。（b）PACG CIEs聚合物网络的合成路线。（c）基于可光固化的前驱体的DLP 3D打印示意图。（d）制备的前体溶液和水的流动性比较。（e）覆盖新型离子的弹性体的“广西大学”标识图。透过透明的CIE可以清晰地看到汉字。（f）PACG CIEs具有高透明度，平均透过率96%。(g)离子的弹性体拉伸前后的图片。综合考虑了不同原料配比的CIEs的力学性能和导电性能后，除非另有说明，后续的讨论和说明以PACG-1 CIE展开。（如图2）图2. PACG CIEs的力学性能和电学性能。(a)不同配比PACG CIEs的应力-应变曲线。(b) PACG-1 CIE在相同应变（100%）下5个不间断的循环拉伸加载-卸载曲线。(c) PACG-1 CIE在不同应变（100、200 、 300和400%）下的不间断循环拉伸加载-卸载曲线。(d) 甘油含量不同时合成的PACG CIEs的电导率。(e) LED灯泡的亮度随PACG-1 CIE长度变化而改变。CIEs作为可拉伸导体，是柔性传感器的重要组件。CIEs的自愈能力对于传感器在受损后恢复其传感效能，以及延长其使用寿命而言，扮演着至关重要的角色。离子的弹性体聚合物网络中动态键的重构是实现CIEs自愈合性能的关键。在聚合后的PACG-1 CIE内部网络结构中包含许多动态可逆氢键，这赋予了离子的弹性体自愈合能力。自愈合性能可以延长材料的使用寿命，但当材料达到使用寿命时，实现材料在温和的条件下回收，不但可以避免浪费原材料，而且可以减轻对环境的负面影响。经过测试可知，该离子的弹性体具备可降解能力。可降解性和可自愈合性能相互配合，可以有效延长PACG CIEs的使用寿命并赋予其环境友好特性。（如图3）图3. PACG-1 CIE的自愈性能和降解性能。(a) PACG-1 CIE的自愈合机理示意图。(b)显微镜图片显示了3D打印的PACG-1 CIE不同持续时间的自愈合过程，24h后切口处的痕迹基本消失。比例尺为50μm 。 (c) PACG-1 CIE在室温（r.t.）下不同愈合时间的原始和愈合样品的应力-应变曲线。 (d)不同自愈时间后PACG-1 CIE的自愈效率 (e) PACG-1 CIE自愈合前后的电路中电阻变化。(f) 当PACG-1 CIE经历原始、切开、自愈瞬间、拉伸过程时，LED 灯泡状态分别为亮、熄灭、亮和暗。(g)25℃时和（h）70℃时，PACG-1 CIE在水中降解的照片，红色方框标注样品在玻璃瓶中的位置，由于受到水的浮力，位置可能会发生改变。(i)不同降解温度时，PACG-1 CIE的降解时间。(j) PACG-1 CIE在KOH溶液中的降解机理图。3D打印离子的弹性体，实现了低成本材料的高利用率，可用于生产各种定制化高精度柔性器件。随着柔性电子设备的发展，大体积器件正向模块化微电路和小型化压力传感器方向发展。这项研究通过模拟人体皮肤真皮层和表皮层之间的互锁微结构，设计了一种仿生互锁压阻式离子皮肤传感器，并利用摩方精密nanoArch® S140 (精度：10μm) 3D打印设备成功制造。由于电阻式压力传感器的灵敏度是由接触面积的变化决定的，被打印出的微圆顶结构中间存在间隙，因而更容易被压缩。当受压时，与平面结构相比微结构会导致接触面积随着施加压力而增加更多，进而增强应变传感器的灵敏度。定量评估其受压时的灵敏度可知，该离子皮肤传感器的灵敏度在0–21.5 kPa压力范围内为1.7 kPa-1，在21.5–144 kPa压力范围内为0.4 kPa-1。（如图4）图4. 基于PACG-1 CIE的3D打印。(a) 和（b）使用DLP 3D打印机制造离子皮肤。(c) 3D打印出的模型保持平均透过率为92%的高透明度。（d）离子皮肤中互锁的微圆顶结构受人体皮肤结构中互锁的表皮层和真皮层的生物启发。（e）3D 打印的离子皮肤的示意图和(f)拍摄离子皮肤部件的三维轮廓图。（g）离子皮肤受压时的传感机制示意图。（h）离子皮肤的压力灵敏度测试。结论：研究团队开发了可DLP 3D打印的且具备卓越整体性能的CIEs，它们表现出固有的离子导电能力、高透明度和优良的力学性能。由于弹性体网络中动态氢键，该弹性体可以实现高效自主愈合（室温愈合效率＞99%），并且具备良好的温度耐候性。此外，弹性体还具备常温下在水中降解的能力，可实现绿色后处理。通过使用3D打印技术制备出具有微结构的离子的弹性体，将其组装成离子皮肤，实现对微小压力实时监测。使用 3D 打印技术构建自愈合可降解弹性体，为开发具有综合性能传感器提供了新的见解。

随着世界进入一个供应链弹性和可持续性的新时代，国际能源格局发生重大变化。能源系统正在从化石能源绝对主导向低碳多能融合方向转变，这一变革推动了能源科技和产业的国际竞争，并催生了新的产业和业态。同时，能源技术开发的最新动态也预示着未来全球能源发展趋势。01 能源领域的增材制造：市场分析与预测在当前的全球科技与产业竞争中，世界各国都将能源技术视为关键的突破口，全力推动新一轮科技和产业革新。其中能源生产系统非常复杂多样，而3D打印技术在小批量产品快速制造、复杂零部件制造领域颇具优势，可以生产加工出极其精密的关键部件。根据Additive Manufacturing (AM) Research最新发布的报告，到2032年，能源领域的增材制造市场预计将高达170亿美元。该报告深入研究了3D打印在石油与天然气、核能以及可再生能源等能源领域的应用，并预测到2024年，整个能源领域的增材制造收入将达到33亿美元。02 微纳3D打印技术在新能源领域的应用随着全球供应链进入一个更加灵活和可持续的新阶段，新能源领域对3D打印技术的需求显著增加，让我们来看一看具体有哪些方面的应用。有序多孔结构的催化剂来自复旦大学的团队成功制备了一系列高效、低成本的周期性三维结构催化剂。基于精细的三维结构来优化催化剂的比表面积和气泡传输功能，与无序泡沫结构相比，所制的整体式催化剂在298和318 K下的催化性能分别提高了2.3和1.6倍，且理化特性不发生改变；以及产氢速率分别为2548和3885 mL gcat-1min-1。该研究结果为构建高效整体式催化剂开辟了新的思路。该团队使用采用摩方精密microArch®S240（精度：10 μm）3D打印设备，制备有序多孔结构的催化剂基底。基于这种制备策略，有助开发高活性的整体式催化剂，用于各类气体生成的非均相催化过程中。hemeng.3c00545金属微点阵助力高性能锌离子电池湖南大学段辉高教授、张冠华副教授、张夏楠等人突破传统锌负极优化策略，提出“多功能3D结构电极”新思路，借助跨尺度高精度3D打印技术（nanoArch® P140，精度：10μm）和化学沉积/电沉积技术成功实现结构功能一体化锌负极的可靠制造。此外，由3D Ni-Zn微点阵负极和聚苯胺插层的氧化钒正极组装而成的全电池表现出了优异的电化学性能。这种具有有序3D通孔结构的导电金属微点阵为开发其它高性能金属(如Li,Na, K, Mg, Al)电池提供了新的思路。2003927三维功能化水凝胶器件哈利法大学的张铁军教授团队提出了一种新型的三维功能化水凝胶器件制备方法。该团队利用摩方精密nanoArch® S130（精度：2μm)设备实现了水凝胶的高精度3D打印，并将金属盐离子引入到水凝胶单体混合物p(NIPAm-co-PEGDA)中，最终获得具有高吸光性能的含氧化铁纳米颗粒 (Fe3O4NPs)水凝胶太阳能蒸发器。该制备方法成功解决了3D打印复合材料中的多重问题，例如不均匀的颗粒分布、团聚、固化光的散射及其带来的打印质量和分辨率恶化。利用该方法制成的复合水凝胶结构表现出了优异的光吸收性能和快速毛细力水传输性能，在非聚光情况下实现了5.12kgm-2h-1的超高水蒸发率。22006823D打印仿生太阳能蒸发器湖南大学王兆龙课题组利用面投影微立体光刻技术（nanoArch® P140，精度：10μm）制备了仿生微通道及水凝胶蒸发器样品。在经过处理后，形成了富含碳纳米颗粒的多孔水凝胶网络结构及仿生微通道的复合蒸发器结构。在毛细力的作用下，液体会从微通道底部输运到水凝胶网络中，在太阳光的照射下水凝胶在碳纳米颗粒的光热作用下迅速升温而将水快速蒸发，最终实现太阳能蒸发器吸水和蒸发的动态平衡。210106303 3D打印技术，能源转型的下一个出口能源技术是决定全球能源未来的重要因素之一，能源技术的发展方向更是关系能源战略全局的关键棋子。把握世界能源科技绿色低碳、智能、高效、多元的发展方向，合理规划建设清洁低碳、安全高效现代能源体系的中长期愿景和目标，并利用微纳3D打印等高新技术和产业路线图指导技术研发和产业创新，这也许就是能源转型的下一个出口。

在过去的几十年中，微流控芯片作为处理微小液滴或小体积液体样品的小型实验室装置，具有快速分析、小容量处理和成本效益高等优点。然而，微流控芯片在临床分析领域面临着诸多局限性。为了提高适应性和集成度，有必要向更小、更复杂的尺寸发展。现有的微流控芯片缺乏三维（3D）分析能力，急需开发一种高度集成的超构微流控芯片，以实现多维流体控制。近年来，基于光子晶体（PC）膜的分析方法因其具有非接触、可视化的传感特性而备受关注，具有将生物化学信号转换成光信号的能力，当其结合上微流控微针时，可以实现伤口部位的原位监测和高效管理。图1 超构微流控微针（MMMs）用于智能伤口管理（包括运动传感、生化分析和伤口愈合）的示意图据麦姆斯咨询报道，近日，南京工业大学药学院高兵兵副教授团队在国际知名材料科学学术期刊《Advanced Functional Materials》（IF=19.00）上发表题为“Rolling Stone Gathers Moss: Rolling Microneedles Generate Meta Microfluidic Microneedles (MMMs)”的研究成果，报道了基于滚动微针制备仿生超构微流控微针芯片（MMMs）用于高效伤口管理的最新研究。研究人员采用市售滚动微针（RMNs）实现双面渗透和图案化设计，使其既能用于制备微针，又可以构建三维多层微流控通道。这种制备方法具有快速简便高效的优势，该生物启发的超构微流控微针贴片在伤口管理、临床给药以及即时诊断（POCT）等领域都具有巨大的发展潜力。南京工业大学药学院硕士二年级研究生周钱为第一作者，高兵兵副教授为该论文的唯一通讯作者。该研究使用了一种特殊的工具——滚动微针（RMNs）。利用滚动微针，研究人员首先在拉伸的聚二甲基硅氧烷（PDMS）模具上垂直滚动出负模，再填充所需的材料，真空干燥，最终得到所需的微针（图2）。滚动微针在本文研究中发挥了两种作用，除了上文提及的作为制备微针的模具，另一作用是在膜上创建孔洞，这些孔洞被设计在特定的位置，完成3D微流控通道的构建，实现双面渗透和图案化设计，以方便药物和待测液的输送。当待测液顺着微流控通道自驱流动，到孔洞位置时，待测液将会流入第二层，再顺着通道及孔洞到达第三层，直至到达检测区。滚动微针这种简便的工具，为创建多层次微流控通道提供了新思路。图2 超构微流控微针芯片贴片的制作过程和表征受到大自然中生物体（闪蝶翅膀，孔雀羽毛）利用周期性微观结构创造出许多引人注目的结构色的启发，研究人员利用排列有序的单分散电致变色光子晶体（EPC）纳米粒子，自组装干燥制备了人工合成的光子晶体。其具备周期性结构，能够有选择性地透过或反射特定波长的光。研究人员将滚动微针与光子晶体膜结合，设计的3D多层微流控通道解决了流体自发流动的问题。在毛细力的作用下，流体无需外部驱动力即可自发流动。流体在流过光子晶体膜时会产生明显的颜色反应，还具有荧光增强的功能（图3），因此可应用于监测小鼠伤口的炎症因子（IL-6、CRP）。基于这些特点，这种超构微流控微针芯片在促进组织再生、创面愈合和伤口管理方面的实用性能已通过小鼠伤口模型的全层皮肤创面得到证实（图4）。这些结果表明，超构微流控微针贴片在伤口愈合、组织工程等生物医学领域具有广阔的应用前景。图3 超构微流控微针贴片对荧光的选择性增强示意图图4 超构微流控微针贴片对表皮伤口的活体治疗评估综上所述，该研究受生物启发使用滚动微针设计了基于光子晶体的新型超构微流控微针贴片。以轴向阵列排列的滚动微针作为简便的微针设计模板，同时在光子晶体膜上进行了图案化设计促进了双面渗透，形成了3D超构微流控通道。与光子晶体膜的结合，可以产生独特的结构色和荧光增强作用。研究人员对小鼠伤口中的炎症因子（如IL-6和CRP）进行的实时监测证明了超构微流控微针贴片在伤口管理和生物医学应用方面的潜力。本研究在流体控制方面实现了突破，为临床给药和护理点检测的应用提供了新的可能性。该研究工作得到了国家自然基金、江苏省自然科学基金、南京工业大学药学院学科基金等项目的支持。

牙周病是被世界卫生组织认定为危害人类健康的三大疾病之一。恢复牙周炎引起的骨丧失是避免牙齿松动脱落的关键步骤之一。然而，由于生物功能材料的应用单一以及口腔炎症和细菌微环境的存在，目前临床上广泛应用的牙周骨再生材料或技术难以实现牙槽骨再生。南方医科大学口腔医院于光涛等人联合深圳湾实验室饶浪教授课题组设计开发了一种3D打印生物墨水用于牙周炎源性骨缺损修复，该生物墨水由EPLGMA为主体并装载干细胞和细胞囊泡用于发挥抗菌抗炎促成骨功能。相关研究成果以题为“3D-printed bioink loading with stem cells and cellular vesicles for periodontitis-derived bone defect repair”的文章发表在《Biofabrication》上。南方医科大学口腔医院博士研究生赵瑜越、深圳湾实验室博士后朱文祥为第一作者，南方医科大学口腔医院于光涛、容明灯、麻丹丹和深圳湾实验室饶浪教授为共同通讯作者。图1. 仿生3D打印墨水的制备工艺及其对牙周炎源性骨缺损的生物学作用示意图作者首先通过摩方精密microArch® S230（精度：2 μm）打印了以EPLGMA为主体的仿生模板，结合模板法和光引发聚合合成了EPLGMA@PDLSCs@MDCSs-MV(EPM)。具体步骤如下：首先，将GMA缓慢滴入EPL溶液中，得到EPLGMA，在蓝光(405 nm)照射后转化为交联水凝胶。然后，将乳牙牙周膜的PDLSCs和MDSCs膜囊泡(MDSCs- MV)加入EPLGMA中形成溶液生物墨水。通过扫描电镜观察冻干生物墨水的微观结构，我们可以清楚地看到网状多孔结构，这有利于促进PDLSCs的增殖、迁移和营养物质或代谢物的运输，从而发挥作用（图2）。图2. EPLGMA的特点。(a) EPLGMA制备工艺示意图。(b) EPLGMA状态:蓝光照射前(左)和照射后(右)。(c)冻干EPLGMA的扫描电镜。(d) EPL和EPLGMA的1H NMR谱。(e) EPLGMA的时间扫描流变分析。(f) EPLGMA的粘度。(g) EPLGMA的压应力-应变曲线。随后，作者探究了仿生墨水的3D打印性能。作者利用Solidworks软件建立三维CAD模型，通过对于不同结构的模型进行打印，证明仿生墨水打印出的结构在大尺寸上仍能够保持一定的精准度。随后作者用激光共聚焦显微镜对打印形状内的细胞进行显色观察，结果显示细胞在3D打印仿生墨水中的形态下分布均匀，并且保持良好的活力（图3）。表明了EPM是一种高效、可行、个性化的打印生物墨水。图3. 3D打印系统对EPLMA生物墨水进行个性化3D打印。为了验证EPL天然的抗菌潜力，作者将生物墨水与牙龈卟啉单胞菌共培养两个小时，并将其涂布到血平板上进行观察。24小时后可见EPM组表现出良好的抗菌效果（图4）。图4. EPM的抗菌性能。(a) EPM抗菌功能示意图。(b) PBS(对照)和EPM处理2 h后的牙龈卟啉单胞菌(P.g)的血平板培养照片。(c)不同组牙龈卟啉单胞菌数量的定量评价。(d) PBS(对照)和EPM处理后的牙龈卟啉单胞菌活/死染色。控制炎症是牙周炎治疗过程中重要步骤。作者利用MDSCs在抗炎中发挥的作用，首先从荷瘤小鼠体内收集MDSCs，并提取MDSCs-MV，然后采用蛋白图谱分析了MDSCs-MV的蛋白组成。通过KEGG通路分析，结合免疫荧光实验结果，作者表明MDSCs-MV可以通过CD39/CD73-腺苷信号通路靶向抑制微环境中的T细胞从而发挥抗炎功能（图5）。图5. MDSCs-MV的抗炎特性(a) MDSCs-MV生物学功能示意图。(b) Western blot检测MDSCs和MDSCs- mv的特征性膜蛋白标志物。(c) MDSCs-MV孵育后T细胞的代表性共聚焦图像。(d) CD3和MDSCs-MV荧光强度线扫描。(e)流式细胞术定量T细胞MDSCs-MV的荧光强度。(f) Elisa法检测转染MDSCs-MV或不转染MDSCs-MV后T细胞分泌腺苷的情况。(g)经MDSCs-MV或不经MDSCs-MV孵育后CD4+ T细胞CFSE稀释的典型流式细胞术图。(h)不同组CD4+ T细胞CFSE稀释度的定量分析。(i) CD8+ T细胞加或不加MDSCs-MV孵育后CFSE稀释后的典型流式细胞术图。(j)不同组CD8+ T细胞CFSE稀释度的定量分析。最后，为了评估3D生物墨水的成骨能力，作者构建了SD大鼠颌骨骨缺损模型，并同期模拟炎症状态，然后根据骨缺损的面积以及深度，打印出合适的形状并进行了验证。经过3个月的治疗后，通过Mirco-CT以及免疫荧光实验结果，EPM@Pg组展示出了最佳的抗菌、抗炎以及促成骨效果（图6）。图6. EPM的体内骨再生效果。(a)生物墨水治疗人工牙周炎骨缺损小鼠模型的实验设计。(b)用不同生物墨水完成的3d打印。(c)生物墨水治疗牙周炎骨缺损的手术过程图片。(d)术后2、3个月不同治疗组下颌骨缺损区具有代表性的三维Micro-CT图像。(e) - (i) BV (f)、BV/TV (f)、Tb.N (g)和Tb.Th(h)的定量分析。结论：作者利用EPLGMA加载PDLSCs和MDSCs-MV，制作了一种新型的、可定制的多功能3D打印模块，用于治疗牙周炎源性骨缺损。该EPM材料继承了EPL的天然抗菌特性，可以有效地杀灭牙周病细菌，并且在抗炎方面，其中的MDSCs-MV通过CD73/CD39/腺苷信号通路抑制T细胞。总之，EPM支架表现出良好的抗菌、抗炎和骨再生效果。与传统骨粉填充材料相比，3D打印仿生墨水材料具有更加优异的生物性能。

摩方精密一直以技术创新为原动力，专注于制造高精密微纳3D打印系统及材料。凭借独创的超高精度微纳3D打印技术，为科研人员提供强大的技术支持，使多个领域取得了具有里程碑意义的研究成果。在探索未知的道路上，各领域不断积累着知识与智慧，每一项科研成果都是对自然界和人类社会更深入一层的理解。过去一年，许多高校机构通过摩方精密微纳3D打印技术完成多项科研创新项目，涵盖力学、仿生学、微机械、微流控、超材料、新材料、生物医疗以及太赫兹应用八个领域，这不仅是对2023年科研活动的全面梳理，更是对未来科研趋势的可视化预测。接下来，本篇将重点探讨四个尖端科研领域：仿生学、新材料、微流控、微机械。01PART ONE-仿生学微米级3D打印助力仿爬岩鱼吸盘制备■ 发表期刊：《Biomimetics》■ 研究团队：中国科学院合肥物质科学研究院的吴晅副研究员团队tics7040202该团队受爬岩鱼吸附现象的启发，研制了一款边缘具有分层微结构的仿生吸附器件，并从毛细力和Stefan黏附相关的角度解释了微结构边缘在增强粘附力所起的作用。研究人员利用面投影微立体光刻技术(nanoArch® S140，10μm精度)和胶体球刻蚀技术制造了具有不同仿生特征的仿生吸盘，通过实验验证了微结构形状和规模、表面粗糙度和边缘材料对仿生吸盘粘附力的影响。最后，团队进行了拉脱实验以表征仿生边缘的剥离行为，并说明微结构在吸盘边缘从基底动态剥离中的作用。爬岩鱼生物吸盘和仿生吸盘结构02PART TWO-新材料芳纶纳米纤维增强的强韧、抗疲劳的可3D打印水凝胶■ 发表期刊：《Materials Today》■ 研究团队：清华大学航天航空学院李晓雁教授和南方科技大学葛锜副教授团队d.2023.07.020该团队向可3D打印水凝胶前驱体溶液中引入芳纶纳米纤维（ANF），在紫外光下固化后得到了芳纶纳米纤维增强的水凝胶复合材料。芳纶纳米纤维增强的水凝胶复合材料仍具有基于DLP技术的可3D打印的特性，以含0.3 wt% ANF的水凝胶复合材料为例，团队成员使用摩方精密公司的microArch®S240（10μm精度）微立体光刻光固化3D打印设备，制备了具有复杂几何形状的点阵结构，同时还制备了人类心脏结构。通过细胞实验表明，加入芳纶纳米纤维后，水凝胶复合材料依然具有良好的生物相容性。水凝胶复合材料的3D打印、生物相容性和性能对比新型光散射抑制机制助力高保真光固化生物3D打印■ 发表期刊：《Nature Communications》■ 研究团队：湖南大学机械与运载工程学院韩晓筱教授课题组023-38838-2该课题组等提出了一种光吸收与自由基反应协同作用的光散射抑制新机制，并基于此机制开发了一种新型光抑制剂（Curcumin-Na，Cur-Na），降低了载细胞水凝胶光固化打印过程中的光散射效应，将打印精度提高到1.2-2.1像素点，几何误差低于5%，成功制造了各种具有多尺度通道和薄壁网络结构的生物活性功能支架。团队将添加了Cur-Na的生物墨水应用到摩方精密 nanoArch®S140（10μm精度）光固化打印机中，成功地制造了各种复杂结构体（仿生支架，可灌注血管网络，极小三周期曲面等），证明了该光抑制剂在制造具有小尺度特征的功能性载细胞三维支架方面的卓越能力。进一步证明了此生物墨水在组织工程中的适用性。复杂三维结构时的分辨率和高保真度光固化3D打印高精度高强度聚合物衍生SiOC陶瓷■ 发表期刊：《Additive Manufacturing》■ 研究团队：南方科技大学葛锜/王荣团队.2023.103889该团队开发了一种具有超高打印精度和高陶瓷产率的PCP前驱体，采用摩方精密nanoArch® S130（2μm精度）和microArch® S240（10μm精度）3D打印设备，制备了尺寸从亚毫米到厘米的多种复杂三维结构，打印精度高达5μm。PCP前驱体在1100℃真空热解后转化为SiOC陶瓷，陶瓷产率高达56.9%。研究团队设计了一种基于三重周期极小曲面的I-WP结构（孔隙率80%），该结构SiOC陶瓷抗压强度高达240 MPa，实际密度仅为0.367 g/cm3，对应比强度为6.54×105 N·m/kg。超高打印精度、优秀的比强度、高陶瓷产率以及复杂高精度零部件的可加工性能，这些特性可极大的促进PDC陶瓷在工程领域和极端环境中的应用。3D打印聚合物衍生SiOC陶瓷3D打印高性能Mg2TiO4微波陶瓷■ 发表期刊：《Additive Manufacturing》■ 研究团队：中南大学刘绍军课题组和河北工业大学胡宁团队.2023.103413该团队通过面投影微立体光刻技术(microArch®S240，10μm精度)成功制备了高性能高精度的Mg2TiO4微波陶瓷，并澄清了加工参数（激光功率、曝光时间和铺层厚度）对加工精度和介电性能的影响，最终制备出加工误差为16微米和品质因子为142,000GHz的Mg2TiO4微波陶瓷。该制备方法成功解决了3D打印功能陶瓷的多重问题，例如成形样品精度差，密度低和介电性能较传统成形方法低等诸多问题。同时该研究为3D打印结构和功能陶瓷的商业化应用提供了理论基础。功率密度和铺层厚度对样品加工误差的影响基于改性聚合物3D打印的功能化金属微结构制造■ 发表期刊：《Additive Manufacturing》■ 研究团队：南洋理工大学的Hirotaka Sato教授团队，王一凡教授团队以及早稻田大学的Shinjiro Umezu教授团队.2022.103317该课题组合作提出了一种新型的金属-聚合物微尺度三维结构的制造方法。该方法采用将催化剂前体加载到光固化树脂中的方法，利用新型面投影微立体光刻技术(nanoArch®S140，10μm精度)进行复杂结构的高精度3D打印，并使用NaOH 溶液对打印样品进行预处理，以增加催化剂前体 [Pd(II)] 的存在，便于后续将金属化学镀(ELD)到打印样品上。与传统工艺相比，该工艺更加安全环保，并且耗时更少，同时更加便宜。此外，此方法还可以实现金属的多层沉积以获得具有所需特性组合的多功能结构。该制造方法克服了传统化学镀工艺的瓶颈，例如进行预处理时对有毒化学品的使用。金属-聚合物混合微结构进行 3D 打印03PART THREE-微流控纵横织构锥体表面液滴双模式自运输和水收集■ 发表期刊：《Chemical Engineering Journal》■ 研究团队：江苏大学张忠强教授团队023.147336该团队制备出了一种带有横向梯度微通道和环向凹槽的新型纵横织构锥体，提出了功能表面梯度表面张力-毛细吮吸力耦合作用下液滴自运输双模式，实现了多尺度液滴超快速、长距离无损自运输。研究通过摩方精密nanoArch® S140（10μm精度）高精度3D打印机制备了纵横织构锥体，实现了多尺度液滴超快速定向长距离自运输。纵横织构锥体触发了两种流体运输模式：通过Young-Laplace压力差驱动的液滴和微通道内吮吸压力诱导的流体运输。由于环向凹槽连通了梯度微通道，保证了残留水层和滞留在锥体表面的液滴仍能自发的被运输到锥体根部，最终实现了液滴的完整运输。纵横织构锥体模型与结构表征亚体素控制的双材料多结构细丝的微流控打印■ 发表期刊：《Advanced Materials Technologies》■ 研究团队：北京航空航天大学机械学院陈华伟课题组2301150该课题组提出了一种动态可调节的DIW打印策略，该策略将一个可移动的打印针连接到一个Y形微流控喷嘴中，通过调节挤出压力和针头在微流控喷嘴中的运动，能够精确控制细丝内层的位置、比例和形状，进而再对细丝内层结构进行精确的亚体素控制，可以制造具有各种复杂结构的细丝。该研究构建了一种动态可调节的DIW打印平台。该平台由一个三轴线性运动平台与一个微流体打印头构成，为了实现亚体素控制的细丝，该打印头是由一个Y形流道的微流控芯片、一个电机控制的微动台、一个固定的打印针和一个可移动的打印针组成，两个打印针从Y形流道的两个臂中插入。该微流控芯片使用了摩方精密公司的microArch® S240（10μm精度）高精度3D打印机制造，内通道尺寸最小为800μm，通道尺寸决定了打印细丝的直径及打印的精度，高精度的微流控芯片通道也保证了通道和打印针之间的良好配合。可编程亚体素控制的双材料多结构细丝的微流控打印平台基于水-沙运动特性的分流对冲式滴灌灌水器抗堵性能优化■ 发表期刊：《Water》■ 研究团队：石河子大学王振华教授团队01该研究团队提出了一种分流对冲式滴灌灌水器和基于水-沙运动特性的灌水器抗堵优化方案。该团队利用新型一体化打印技术（nanoArch®S140，10μm精度）实现了滴灌灌水器流道试件的高精度3D打印，并开展了物理试验和数值模拟研究。该研究提出的灌水器抗堵优化方案在维持灌水器水力性能的前提下，能够使灌水器的抗堵塞性能提升60%。分流对冲式流道结构参数及打印试件04PART FOUR-微机械基于可调塑性的凝固态液态金属的3D柔性电子■ 发表期刊：《Nature Electronics》■ 研究团队：哈尔滨工业大学（深圳）马星教授联合中科院深圳先进技术研究院刘志远研究员022-00914-8马星教授联合刘志远研究员，提出了一种通过将镓基液态金属转变为固态并通过塑性变形制备复杂3D结构柔性导体的方法。为证明该方案的实用性，作者设计了具有超高灵敏度的3D应变传感器、由3D跳线导体构成的二极管 (LED) 阵列以及由3D螺旋结构的可穿戴传感器和多层柔性电路板组成的手指动作监测装置。在本项研究中，由摩方精密nanoArch®P150设备（25μm精度）3D打印的高精度模具，为制备2D应变传感电路和3D拱形跳线提供了精密支持。3D结构的可穿戴手指动作监测柔性装置基于非对称互锁梯度模量结构的柔性电容式压力传感■ 发表期刊：《Advanced Functional MaterialsL》■ 研究团队：复旦大学武利民课题组2309792该课题组研发了一种基于非对称互锁梯度模量结构的柔性电容式压力传感用于超宽范围压力监测。在该传感器中，非对称互锁的结构化电极为监测范围的拓宽起到了至关重要的作用。团队采用摩方精密nanoArch® S130（2μm精度）3D打印设备，实现了非对称互锁穹顶结构模板的高精度打印，并创新性地将非对称互锁的结构化电极和梯度模量的概念结合起来，在保障了传感器其余性能的同时，进一步扩大了监测范围，确保了传感的可靠性。非对称互锁梯度模量传感器的结构设计与应用具有高时空分辨率的机器人感知系统用于纹理识别■ 发表期刊：《Nature Communications》■ 研究团队：南方科技大学的郭传飞课题组023-42722-4该课题组研发了一种基于柔性滑觉传感的机器人触觉感知系统用于纹理识别。该传感器中，表面的指纹结构和传感器中的微结构层对传感性能起到关键作用。团队采用摩方精密nanoArch® S130（2μm精度）3D打印设备，实现了类指纹结构模板和分级微结构模板的高精度打印，并结合倒模技术制备了柔性PDMS人工指纹（周期：350 μm，高度：260μm）和具有分级微结构的离子凝胶（周期：200μm，高度: 55μm）。模仿人类感官系统进行纹理识别的机器人感知系统基于超精密3D打印柔性传感的软体机器人“非接触式”交互示教■ 发表期刊：《Nature Communications》■ 研究团队：北京航空航天大学机械工程及自动化学院仿生机器人研究团队文力课题组022-32702-5该团队最新提出的基于双模态智能传感界面的软体机器人非接触交互示教方法。课题组基于摩擦纳米发电机原理和液态金属的压阻效应提出了一种能够对非接触信号和接触信号进行实时感知和解耦的柔性双模态智能传感器（flexible bimodal smart skin, FBSS）。该传感器结构上主要包括柔性介电层、柔性电极层、激励层、液态金属图案和封装层组成。该团队利用新型微立体面投影光刻技术(nanoArch® S140，10μm精度)实现了柔性介电层表面微型金字塔模具的3D打印，该传感器自身具有较强的柔性和可拉伸性。FBSS的设计与传感原理超声辅助实现液态金属墨水的非接触烧结及电路构建■ 发表期刊：《Advanced Science》■ 研究团队：哈尔滨工业大学（深圳）马星教授团队2301292该团队提出一种超声辅助烧结策略，该策略不仅可以保持LM电路的原始形态，而且可以在各种复杂表面形貌的衬底上烧结电路。通过该方法实现了柔性材料上LM电路的烧结，并验证了该方法在构建可拉伸或柔性电子器件方面的可行性。其提出利用水作为能量传输介质，实现了与基底材料间接接触的远程烧结，极大地保护了LM电路免受机械损伤。该方法有助于为不同场景下的LM电路构建提供技术途径。团队成员使用面投影微立体光刻技术（nanoArch® P150，25μm精度）制备了不同的树脂模型，通过在模型上设计沟槽再涂覆墨水的方法实现了三维表面上复杂线路的构建。LM墨水的制备流程示意图基于离电传感器的指尖脉搏测试在动脉硬化中的应用■ 发表期刊：《Advanced Healthcare Materials》■ 研究团队：南方科技大学的郭传飞课题组与南方科技大学医院、深圳技术大学等单位2301838作者构建了一种多功能微针（MN）贴片，该微针贴片是利用摩方精密的 nanoArch® S140（10μm精度）3D打印设备加工模具后经PDMS翻模制备而成。可通过高效的化学-光动力抗菌协同作用和生长因子在创面的持续释放来实现伤口的快速愈合。该研究设计的基于MOFs的多功能微针贴片为慢性感染伤口的治疗提供了一种简单、安全、有效的替代方案。多功能M/DP MN贴片的制备与表征微针SERS传感器实现农药残检测■ 发表期刊：《ACS Applied Materials & Interfaces》■ 研究团队：广东工业大学王成勇教授团队2c17954该团队提出了一种新型的微针SERS传感器。该团队利用2微米精度的面投影微立体光刻技术（nanoArch® S130 ，2μm精度）实现微针模具的高精度3D打印，结合倒模技术，并将银纳米颗粒引入到透明质酸钠/聚乙烯醇水凝胶微针贴片（PVA/HA MN）中，最终获得具有高灵敏性能的Ag/HA/PVA微针贴片基SERS传感器。该传感器由银纳米颗粒和透明质酸钠/聚乙烯醇水凝胶组成，具有优异的溶胀性能，能快速吸收农产品中残留的农药，实现残留农药的快速检测，以及具有高比表面积的台阶结构，极大的提高了微针SERS传感器的检测性能。微针SERS传感器同时检测农产品表面和内部残留农药的原理图原创引领 创新驱动在此，摩方精密向所有辛勤的学者和研究人员致以崇高的敬意，并期待他们在新的一年里收获满满，硕果累累。摩方精密将持续致力于加快新产品的研发步伐，整合内外部资源，提供更优化的服务，将持续不断地为客户提供专业的技术支持、高效率的服务和一站式的系统解决方案，以期实现互利共赢的局面，共同迎接行业高速发展带来的新机遇。

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赋能量 向未来摩方精密一直以技术创新为原动力，专注于制造高精密微纳3D打印系统及材料。凭借独创的超高精度微纳3D打印技术，为科研人员提供强大的技术支持，使多个领域取得了具有里程碑意义的研究成果。在探索未知的道路上，各领域不断积累着知识与智慧，每一项科研成果都是对自然界和人类社会更深入一层的理解。过去一年，许多高校机构通过摩方精密微纳3D打印技术，完成多项科研创新项目，涵盖力学、仿生学、微机械、微流控、超材料、新材料、生物医疗以及太赫兹应用八个领域，这不仅是对2023年科研活动的全面梳理，更是对未来科研趋势的可视化预测。接下来，本篇将重点探讨四个尖端科研领域：力学、超材料、生物医疗、太赫兹应用。01PART ONE-力学双梯度表面上的自适应液滴弹跳■ 发表期刊：《Small》■ 研究团队：香港理工大学王钻开教授团队■ 原文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202304635该团队设计了一种双梯度表面，使得碰撞该表面的液滴在不同的碰撞速度下自动切换至相应的液滴弹跳模式。这种自适应切换的液滴弹跳避免了对液滴碰撞点的操控需求，且在更大的液滴碰撞速度范围内实现了液滴的快速脱离。团队成员使用摩方精密nanoArch® S140（10μm精度）微纳3D打印机制造微米级别的微针阵列，微针底座300μm，长800μm，微针间距300μm，在SEM图像中展示出良好的形貌和阵列分布。双梯度表面的设计02PART TWO-超材料混合多层级点阵材料的构筑设计与力学性能■ 发表期刊：《Small》■ 研究团队：清华大学李晓雁教授课题组■ 原文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202206024该课题组采用桁架和平板单胞作为基本单元构筑设计了多种新型的混合多层级点阵结构，并采用面投影微立体光刻设备（microArch® S240，10μm精度）制备了相应的多层级微米点阵材料。相比于单一层级的平板点阵，桁架-平板混合多层级点阵具有密度更低、易于制备的优点；并且这种混合多层级的设计策略可以扩展至不同尺度和不同组分材料，在构筑轻质且具有优异力学性能的新型结构材料方面具有重要的应用前景。点阵材料的构筑设计刚度增强三维内凹负泊松比结构材料■ 发表期刊：《Smart Materials and Structures》■ 研究团队：中国工程物理研究院唐昶宇研究员团队和西南交通大学许阳光副教授团队■ 原文链接：https://doi.org/10.1088/1361-665X/acb1e4两个团队共同设计了一种新型的三维内凹负泊松比结构材料并对其结构参数与等效弹性模量（与刚度相关）和泊松比的关联机理开展了系统的研究。通过在典型的三维内凹结构上添加箭头结构来实现增强目的，利用微纳3D打印机（nanoArch®P150，25μm精度）制备了增强型结构样品。结合实验和有限元模拟发现，三维增强型内凹结构的等效弹性模量和负泊松比可以通过不同的结构参数（即厚度比h、斜杆长度比a、竖杆长度比b和重入单元的角度q）进行调整。RRS2在x方向上的位移云图03PART THREE-生物医疗可穿戴式自供电微针贴片用于增强深部黑色素瘤治疗■ 发表期刊：《Advanced Materials》■ 研究团队：武汉大学药学院黎威教授和姜鹏副教授课题组■ 原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202311246该课题组设计开发了一种集成柔性摩擦电纳米发电机(F-TENG)的可穿戴自供电载药微针(MNs)贴片，旨在增强深部黑色素瘤的治疗。该贴片通过摩方精密microArch® S240（10μm精度）制备完成，在深部黑色素瘤小鼠模型对比实验中，使用集成的F-MNs贴片的治疗效果优于普通MNs贴片，预示了集成F-MNs贴片在深部肿瘤治疗的巨大潜力。F-MN贴片的制备与表征微针机器人实现结肠给药的快速自定位和抗蠕动粘附■ 发表期刊：《Advanced Functional Materials》■ 研究团队：厦门大学任磊教授、王苗助理教授和厦门大学附属中山医院蔡顺天副主任医师团队■ 原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202304276该团队提出了一种受不倒翁（一种被推倒时能快速恢复定位的玩具）启发的微针机器人，用于穿透结肠粘膜给药，可以免除控制系统、实现快速自我定向和粘附粘膜、对抗生理蠕动，并降低梗阻风险。该研究构建了一种在毫秒内自导向的微针机器人。它是由机器人、微针阵列和可分离层组成，用于结肠给药。团队成员使用摩方精密公司的nanoArch®S140（10μm精度）微纳3D打印机制造微米级别的微针阵列，该微针阵列用于负载不同浓度的亚甲基蓝染料，探究用于结肠控制释药的微针阵列制造的优化策略。将优化后的微针阵列通过生物降解聚合物制备的可分离层连接在3D打印机器人底部，最终制备得到微针机器人。快速自定向和结肠给药机制长效自我监测局麻药微针治疗术后疼痛■ 发表期刊：《Advanced Functional Materials》■ 研究团队：武汉大学彭勉教授/黎威教授课题组■ 原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202314048该课题组借助“外科手术切口局部的酸性微环境与术后疼痛程度的相关性”，利用微针贴片构建了一种创新的长效疼痛管理体系。微针（MN）是一种新型的微创经皮给药系统，能够高效穿透皮肤的屏障角质层，实现药物在皮肤中的突释或持续释放。该贴片由摩方精密microArch® S240（10μm精度）制备完成，MN规则排列为10×10的阵列，贴片尺寸为7 mm × 7 mm。这一微针药物递送系统在单次应用后可实现72小时以上的长效镇痛。该研究靶向目前临床长效局麻药缺乏的瓶颈问题，为未来个体化疼痛治疗提供了新思路。MN贴片的制备与表征基于3D打印的声响应微针用于智能药物递送■ 发表期刊：《Chemical Engineering Journal》■ 研究团队：厦门大学陈鹭剑与胡学佳课题组■ 原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.147124该课题组提出一种新型的主动药物递送机制，团队在声学与微结构相互作用机理研究基础上，提出利用PZT在微针针尖诱导涡流，产生微泵效应，并通过贴片的集成设计，实现智能的按需药物释放。研究中所用空心微针是使用了摩方精密公司的nanoArch® S130（2μm精度）高精度3D打印机制造，该阵列由10×10个微针单元组成，每个单元高1000微米。SEM图表明，打印的器件具有较高的精度，保证了针尖的锐度以及均一性，从而针尖可在声学驱动下产生较强涡流效应。声学响应智能微针示意图磁流体基靶向给药微纳米机器人小鼠体内实现肿瘤杀伤■ 发表期刊：《Advanced Healthcare Materials》■ 研究团队：北京航空航天大学机械学院冯林课题组■ 原文链接：https://doi.org/10.1002/adhm.202302395该课题组提出了一种通过具有生物相容性的磁流体机器人实现肿瘤的光热治疗方法。该方法将磁流体的基载液改为具有生物相容性的植物油，通过三维电磁控制系统实现磁流体机器人的靶向控制，对该种磁流体机器人在体外与体内的生物相容性和光热肿瘤杀伤效果进行了细致的研究。本研究中的所有3D模型均使用摩方精密nanoArch® S140（10μm精度）设备打印。磁流体液滴机器人概念图多功能微针贴片用于慢性感染伤口愈合的研究■ 发表期刊：《Advanced Healthcare Materials》■ 研究团队：武汉大学药学院黎威课题组■ 原文链接：https://doi.org/10.1002/adhm.202300250该课题组构建了一种多功能微针（MN）贴片，利用摩方精密的nanoArch® S140 （10μm精度）3D打印设备加工模具后经PDMS翻模制备而成。可通过高效的化学-光动力抗菌协同作用和生长因子在创面的持续释放来实现伤口的快速愈合。该研究设计的基于MOFs的多功能微针贴片为慢性感染伤口的治疗提供了一种简单、安全、有效的替代方案。利用等比例扩大管道尺寸实现用于核酸药物递送的 多功能M/DP MN贴片的制备与表征脂质纳米颗粒的可扩展化合成■ 发表期刊：《Nano Research》■ 研究团队：中国科学技术大学李保庆课题组■ 原文链接：https://doi.org/10.1007/s12274-023-6031-1该团队提出了一种创新的脂质纳米粒子合成策略，即“等比例缩放通道尺寸实现LNPs的可扩展合成”。合作团队等比例缩放了该惯性流体微混合器，并使用高精度3D打印和激光加工制备了具有不同通道尺寸的芯片。这些芯片用于实现不同通量条件下的LNP筛选和规模化制备的一致性。对于管道尺寸小于100μm的芯片，选择了摩方精密nanoArch® S130（2μm精度）设备进行打印和加工，以确保尺寸得到精确控制，从而实现了小于1mL/min流量下均匀的LNPs的合成。惯性流混合器的结构以及原理示意图缓释微针贴片用于脱发长效治疗■ 发表期刊：《ACS Applied Materials and Interfaces》■ 研究团队：武汉大学黎威教授课题组■ 原文链接：https://doi.org/10.1021/acsami.2c22814该课题组将具有载药缓释功能的PLGA微球与微针（MN）技术相结合，开发了一种具有药物缓释功能的水溶性微针用于长效治疗雄激素性脱发。该微针贴片是利用摩方精密nanoArch® S140（10μm精度）3D打印设备加工模具后经PDMS翻模制备而成，可通过提高药物生物利用度以及降低给药频率，改善患者用药安全性和提高患者依从性，在脱发的临床治疗中将具有重要的应用潜力。MN贴片在离体大鼠皮肤中的应用可定制柔性中空微针使用更小剂量药物用于银屑病治疗■ 发表期刊：《bioengineering & translational medicine》■ 研究团队：北京大学李志宏教授团队■ 原文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202304635该团队提出了一种优化的微模塑工艺。该团队首次提出高精度3D打印（microArch® S240，10μm精度）后使用两次翻模的方法，此方法很好传承了高精度3D打印的优势，也弥补了其劣势。通过对微针结构和负模具选材进行优化，最终成功制备出不同形貌、高度和内外径的中空微针（HMNs）。衬底可以根据选材来调节为柔性或刚性，其厚度可以灵活调节。银屑病被生成在小鼠背部，需要口服10倍剂量才能达到中空微针相似的疗效，证明此方法制备的中空微针能达到甚至优于主流中空微针的疗效。3D打印模具等的表征图阿司匹林微晶沉积于微针针尖制备大剂量针尖载药的微针制剂■ 发表期刊：《Drug Delivery and Translational Research》■ 研究团队：中国科学院理化技术研究所高云华教授课题组■ 原文链接：https://doi.org/10.1007/s13346-023-01343-6为了降低阿司匹林引起的胃肠道粘膜损伤，该课题组研发了一种针尖负载阿司匹林微晶的聚合物微针贴片。该微针贴片是利用摩方精密的 nanoArch® S130 （2μm精度）3D打印设备加工制备模具经翻模制备而成。可生物降解的聚合物为微针提供机械强度。微针的针尖刺破皮肤的角质层，与皮下组织的接触而被溶解。微针贴片中的阿司匹林通过穿刺产生的微孔进行经皮递送。微针的制备及使用过程04PART FOUR-太赫兹应用基于微纳3D打印和微流道液态金属填充的宽带和多带太赫兹超材料■ 发表期刊：《IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques》■ 研究团队：西安交通大学张留洋老师课题组■ 原文链接：https://doi.org/10.1109/TMTT.2023.3278945该课题组利用摩方精密提供的nanoArch® S130（2μm精度）打印系统，提出了一种将微纳3D打印技术与微流道液态金属填充技术相结合的微结构制备工艺，作为概念验证，通过所提出的制备策略制备了两种具有宽带和多频段特性的典型超材料，实验获得了与理论仿真吻合较好的响应光谱。3D太赫兹超材料的制造工艺示意图基于PμSL的室温下高性能3D螺旋微柱腔结构太赫兹探测器■ 发表期刊：《IEEE SENSORS JOURNAL》■ 研究团队：聊城大学张丙元教授团队、中电科15所周宇高级工程师、深圳大学张敏教授、深圳技术大学董波教授■ 原文链接：https://doi.org/10.1109/JSEN.2023.3278690该团队设计了一种新型亚波长的3D螺旋微柱腔结构阵列覆盖外尔半金属薄膜的太赫兹波探测器，利用新型微立体光刻技术(nanoArch® S130，2μm精度) 实现了微结构阵列的低成本高精度制备，以及磁控溅射方法获得了外尔半金属薄膜，最终获得具有高灵敏度、低等效噪声功率和有效探测面积大的太赫兹波探测器。该制备方法成功解决了大面积的太赫兹探测器中探测性能不高问题，此外提出了一种可用于6G波段的大规模低成本三维微腔结构阵列制备的技术方案。利用该方法制成的太赫兹波探测器，在室温下实现了探测灵敏度为7.9 A·W-1，等效噪声功率0.9 pW·Hz-1/2 @ 0.1 THz的探测性能。在毫米级大面积探测器中效果较为理想。器件的设计加工及表征基于3D打印的表面波太赫兹金属龙勃透镜天线■ 发表期刊：《IEEE T THZ SCI TECHN》■ 研究团队：北京理工大学刘埇和卢宏达团队■ 原文链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/10036101该研究小组提出了一种太赫兹全金属梯度折射率透镜多波束天线。天线由一个基于周期性金属柱的表面波Luneburg透镜和一个由9个WR-2.2波导构成的馈电阵列组成。透镜和馈电结构采用相同的高精度3D打印技术加工，并利用磁控溅射金涂层进行表面金属化处理。天线实物通过面投影微立体光刻（PμSL）3D打印技术制造。透镜结构和馈电波导使用高精度3D打印机（nanoArch® S140，10μm精度）打印得到，所用材料为HTL树脂，利用磁控溅射表面镀金工艺，在3D打印的透镜结构上涂覆了一层500 nm厚的金涂层，实现了多波束天线的金属结构。器件的主动光调制结果原创引领 创新驱动在新的一年里，摩方精密坚持以需求为本，以产品为内核，以创新技术为原动力，持续秉承技术创新之路，用更为优质的产品与完善的服务为客户带来全新的操作体验。摩方精密将与客户共同成长，携手推动先进制造业的长远发展。在后续篇章中，还将与大家继续探讨另外四个领域的科研成果：仿生学、新材料科学、微流控以及微机械。摩方精密诚挚邀请您持续关注我们的动态，一同见证科学的进步与创新。

科技兴则产业兴。“产学研”平台，是驱动科技创新的重要实现形式。通过高效统筹企业、科研院所等创新主体，可以集成多方优势资源，协调促进技术与产业链的深度融合，搭建从原始创新到产业化应用全过程的桥梁，激发全社会创新创造的积极性。2024年1月8日，东华大学材料科学与工程学院联合重庆摩方精密科技股份有限公司（以下简称“摩方精密”）举办了东华材料-摩方精密 “M³联合实验室” 签约揭牌仪式。参与本次揭牌仪式的人员包括东华大学材料科学与工程学院院长朱美芳院士，东华大学材料科学与工程学院党委书记李斌荣老师，摩方精密联合创始人、CTO夏春光博士，以及来自东华大学的师生和摩方精密的企业代表。东华大学朱美芳院士与摩方精密联合创始人、CTO夏春光博士一起为“M³联合实验室”揭牌东华大学作为教育部直属全国重点大学，拥有“材料学”国家重点学科和纤维材料改性国家重点实验室，其中对纤维改性和增强复合材料制备的科学问题和关键技术的研究，可为双方的合作项目提供必要的理论指导，也能为研发人员提供加工和检测等基础设施，创造良好的创新环境。未来，“M³联合实验室”将承担专项攻关课题，借助东华大学的人才、信息、科研和学科优势，以及摩方精密的产业化资源与管理经验，开展紧贴市场需求的新材料研究和开发工作，将实验室建设成为东华大学与摩方精密高端技术联合产业孵化基地，进一步提高高校的教学和科研水平，推动科研成果转化，加速企业技术进步和产品迭代，实现高校与企业的双赢。摩方精密联合创始人、CTO夏春光博士在致辞中表示，技术的生命力在于解决实际问题。将原创技术，从实验室不断推向产业和大众的过程，离不开无数次的“研究-应用-再研究-再应用”的反复试验和测试。在这个过程中，我们除了要尊重原创、尊重人才，还需要开展充分的学术交流和碰撞，更需要突破行业之间的界限、打破学术与产业的壁垒，共同携手，推动技术创新不断走向深度，寻找到技术赋能产业的方向，为中国制造业的发展注入源源不断的动力。长期以来，摩方精密秉承“将技术开放共享”的理念，致力于与政府、高校、科研机构等探索多元的合作形式，在多地建立了“产学研”平台，联合多家科研院所攻关下一代精密制造材料、工艺以及相关应用难题。摩方精密携手东华大学建立“M³联合实验室”，也是开放共享理念下的创举。“M³联合实验室”由摩方精密与东华大学材料科学与工程学院院长、纤维材料改性国家重点实验室主任朱美芳院士团队共建，其名称来自朱美芳院士带领的蒙泰团队、摩方精密以及Material（材料）三个词的首字母。摩方精密企业代表与东华大学师生共同见证“M³联合实验室”揭牌朱美芳院士在讲话中表示，希望双方形成良好的合作沟通机制，来来可以围绕精密3D打印技术，利用各自在材料研发和设备技术等方面的优势，通过协同合作，研发出真正满足产业需求的应用产品。据悉，朱美芳院士带领的蒙泰团队得名于上世纪90年代初课题组研究开发的“蒙泰丝”——细旦聚丙烯纤维。2001年后，课题组规模和研究方向逐步扩大与延伸，以老带新，目前已建设发展而形成了以朱美芳院士领衔、学科背景交叉、集基础研究和应用开发为一体的创新团队。团队面向学科发展前沿、面向国家和产业重大需求，开展有机无机杂化功能材料与高新技术纤维的创新研究，是国内外纤维和杂化材料领域最具特色与影响力的研究队伍之一。

近年来，随着人工智能、5G技术和物联网大数据的应用普及，手机制造商“卷”出天际，为用户带来功能性更强的智能手机体验，但从手机外观来看，其物理尺寸却始终保持稳定的轮廓。这种微妙的平衡，是通过将摄影镜头等核心部件缩减至极限来实现的。手机生产商们孜孜不倦地追求技术创新，使得这些精密的元件能够嵌入到有限的空间之中。这一进程不仅仅体现在日常使用的手机等电子产品上，甚至延伸至精密的微创外科手术设备上。这种尺寸的缩减，不仅仅是物理层面的减小，更是对内部运作机制的深度革新。每一个连接部件，都必须在微观尺度上被精确制造，以保证设备的高效运作和空间的充分利用。01 3D打印在原始设备制造中的增值作用在当下这个科技迅猛发展的时代，消费者对电子产品的追求已经超越了单纯的功能性，更加注重产品的尺寸大小与个性化定制。这一转变催生了电子产品制造商不断突破创新的边界，对精密部件的制造提出了更为苛刻的要求。这些部件，其特征之复杂微小、公差范围之极窄，对精确度的追求已经成为行业发展的关键所在。在这样的背景下，3D打印技术以其独特的价值脱颖而出。它突破性地提供了高分辨率的打印能力，能够制造出传统制造技术难以实现或成本过高的高精密零部件。在电子、光学和光子学等领域的原始设备制造商（OEM）中，生产的单位数量往往不需要大规模的制造工艺，如注塑成型。3D打印技术的应用，不仅实现了按需生产，更为创新提供了成本效益极高的解决方案。这种技术的运用，使得制造商能够根据消费者的个性化需求，快速、高效、经济地生产出符合要求的零部件，从而满足市场的多样化需求。02 新材料的涌现拓宽应用边界随着各行各业逐渐采纳3D打印技术来生产应用产品，材料的选择和应用也在不断扩展，以确保客户能够根据具体需求选择最合适的材料来打印各种部件。无论是医疗设备中必需的生物相容性材料，还是电子产品中关键的防静电安全材料，亦或是环保材料，这些新型材料的涌现正在不断拓展3D打印部件的应用范围，使得3D打印技术能够服务于更广阔的领域，为各行各业带来深刻的变革。近期，摩方精密与Mechnano合作，为microArch® S230、microArch® S240和microArch® S350系列的微纳3D打印设备配备了Mechnano独家的Formula 1µ静电放电（ESD）树脂。（点击可看：摩方应用|探索ESD树脂在3D打印中的应用优势）这一合作使得客户能够从微纳3D打印技术中获取所需的精准度，同时获得电子零件所需的优质表面处理。ESD树脂在生产过程中起着至关重要的作用，它们能够迅速中和静电，有效防止对产品的损害。这种材料的采用不仅成本效益显著，还能提升工作流程和操作的效率。3D打印零件的表面涂层技术也在不断创新。如今，摩方精密通过与Horizon Micro Technologies的合作，高精度零件可以涂覆上环保型耐腐蚀的金属或非金属导电涂层，为众多客户开启了更广阔的应用前景。ESD树脂和新型的涂层不仅在各行各业中激发着创新的火花，特别是在电子行业，它们让从3D打印的原型直接过渡到生产成为可能，为实现这一目标提供了坚实的基础。03 未来，将由3D打印塑造在未来，3D打印技术必然会担任一个核心角色。在众多受益于增材制造的新兴市场中，电子产品领域只是其中之一，而非最后一个从中获益的行业。新材料的持续研发、创新涂层的应用以及微型化技术的进步，都为3D打印技术注入了不竭的活力。在这个时代，3D打印技术已经成为制造业变革的先锋，它不仅突破了传统制造方式的限制，还在持续拓宽创新的边界。随着3D打印技术逐渐成为产品设计师手中的重要工具，工程师、科学家和设计师们获得了前所未有的自由和创造力，这种力量的释放正在推动各行各业发生着深刻的变革。

面投影微立体光刻（PμSL）技术具有高分辨率、可成型复杂三维结构及优异表面质量等优点。尽管PµSL技术在打印精度和速度方面占优势，但要使用具有适宜粘度的可降解树脂制造出含有三维复杂结构的弹性体，仍具有挑战性。中山大学王山峰教授课题组先前开发了一系列可光固化聚酯如聚己内酯（PCL）丙烯酸酯、PCL富马酸酯和聚富马酸丙二醇酯-co-聚己内酯共聚物（PPF-co-PCL），并将其制成三维结构。然而，由于较高的结晶度和交联密度，上述材料中用作生物弹性体上将受限。聚三亚甲基碳酸酯（PTMC）是一种室温下无定形聚合物，玻璃化转变温度（Tg）较低，极限Tg约-17℃，将对新型生物材料用于组织修复的设计策略提供重要思路。近日，中山大学材料科学与工程学院王山峰教授团队创新性地将PTMC与富马酰氯经一步缩聚反应制备了一种新型的可光固化聚合物：聚三亚甲基碳酸酯富马酸酯（PTMCF）。PTMCF可用模具法或PμSL技术制备具有不同模量的可生物降解弹性体二维基底和三维支架。PTMCF网络具有简易合成、透明、可打印性、可生物降解性、优异的拉伸模量和断裂伸长率等特点，总体上优于大多数已报道的弹性体。此外，将模量与其它因素包括表面拓扑结构和表面化学性质解耦后，PTMCF可被用于研究单因素变量模量对体外人源间充质干细胞行为以及体内软硬组织再生的影响。相关成果以“Opposite Mechanical Preference of Bone/Nerve Regeneration in 3D-printed Bioelastomeric Scaffolds/Conduits Consistently Correlated with YAP-Mediated Stem Cell Osteo/Neuro-genesis”为题发表在《Advanced Healthcare Materials》上。文章第一作者为中山大学材料科学与工程学院2019级博士毕业生成肖鹏，主通讯作者为其导师王山峰教授。该研究得到中国国家自然科学基金（51973242和81602205）和中山大学“百人计划”启动经费的支持。本工作通过二甘醇的双羟基引发TMC单体开环聚合制备了目标分子量分别为500 g/mol、1000 g/mol和2000g/mol的线性PTMC，随后在缚酸剂碳酸钾的存在下与富马酰氯进行缩合反应，合成了无色的线性PTMCF0.5k、1k和2k。同一聚合物的零剪切粘度（η0）随温度升高而降低，而η0随PTMCF分子量增加而增加。PTMCF中较高密度的碳碳双键可以保证打印的流畅性。打印流程图以及树脂配方如图1a所示，由于PTMCF0.5k的超低粘度，其树脂中的聚合物成分可高达90%。这一数值要显著高于现有的许多树脂，如聚富马酸丙二醇酯/富马酸二乙酯（50%），聚癸二酸甘油酯丙烯酸酯/二甲基亚砜（60%）此外，除了添加稀释剂，采用热辅助立体光刻技术，即打印时升温可以实现无溶剂打印。在这里，PTMCF0.5k可在40~45℃下进行打印，该打印温度也显著低于文献中的PTMC三甲基丙烯酸酯（60℃）和P(LLA-co-CL)甲基丙烯酸酯（80℃）。PTMCF0.5k和2k的打印工作曲线如图1b所示，20 μm层厚的临界固化能量Ec分别为58和90 mJ/cm2。为了确保层与层间的连接性以及打印结构的完整性，由于PTMCF0.5k和2k交联后均具有相对较低的模量，这里作者选用较高的能量来固化PTMCF0.5k和2k树脂（290和450 mJ/cm2，Ec对应的Cd分别为110 μm和165 μm）。 图1. （a）PµSL技术的打印示意图以及流程图；（b）两种PTMCF树脂的打印工作曲线。团队优化聚合物树脂配方以及打印参数后采用摩方精密nanoArch® S140（精度：10 μm）打印了高分辨率的三维gyroid结构、单通道神经导管和血管网络（图2a）。PTMCF0.5k和2k gyroid支架的压缩模量分别为580 ± 90和85 ± 13 kPa（图2b）。PTMCF0.5k和2k神经导管的法向刚度分别为8.5 ± 1.4和1.6 ± 0.3 N/mm（图2c）。其中，PTMCF2k神经导管设计内外径和实际内外径分别为1.20 mm、2.00 mm和1.10 ± 0.06 mm、1.94 ± 0.03 mm。导管的弹性及抗撕裂性对体内植入时以及植入后损伤区域受到的弯曲、动态挤压以及拉伸变形至关重要。PTMCF神经导管具有较高的柔韧性，可以抵抗弯曲、扭转等变形而不被破坏且可回复至最初形状（图2d），因此使其比先前研究的压缩模量为470 MPa的硬PEG导管更容易在外科手术中缝合，并且PTMCF的模量与天然神经类似（450 kPa），显著优于目前常用于周围神经修复的可降解聚合物，其中包括PGS甲基丙烯酸酯（压缩模量3.2 MPa）、PCL（拉伸模量（E）: 400 MPa）、聚乳酸（E: 680 MPa）和聚-3-羟基丁酸酯（E: 1160 MPa）。此外，热塑性聚合物如PCL制备的生物可吸收支架在植入前受到约束变形时容易产生应力松弛甚至永久变形，而热固性PTMCF交联网络在这方面要显著优于热塑性聚合物。综上所述：采用PTMC作为前驱体可以同时获得具有低模量、优异弹性可回复性以及可打印性的PTMCF网络。图2.（a）Gyroid支架、单通道神经导管和血管网络支架（从左至右）模型图以及相应的实物SEM图。（b）PTMCF2k神经导管的柔韧性展示。（c）PTMCF0.5k和2k的gyroid支架的压应力应变曲线，（d）神经导管径向压缩力-位移曲线。三种PTMCF的基底具有相似的表面形貌、水接触角和蛋白吸附能力，但其模量会随着交联密度的增加而增加。因此，基于PTMCFs的基底和支架可用作研究模量对干细胞行为响应和体内软硬组织再生的优异平台。结果表明：在E为90-990 kPa范围内，hMSCs细胞粘附、铺展和增殖与模量呈正相关；而hMSCs成骨或神经元分化分别在990 kPa和90 kPa基底上会得到增强，模量通过介导YAP转录活性调控粘着斑蛋白形成以及后续的细胞行为。当支架压缩模量处于85-580 kPa范围内，大鼠股骨髁修复与支架模量呈正相关；而其周围神经修复与支架模量呈负相关（图3）。通过转录组学得到的模量介导周围神经修复潜在机制：适宜的模量可促进细胞整合素表达，激活FAK磷酸化并进一步活化Rho家族蛋白，从而激活下游蛋白以形成Arp2/3复合物，促进肌动蛋白成核与聚合，并形成丝状伪足、微突起和板状伪足，促进神经元生长并进一步修复周围神经。本论文不仅提供了一种优异的可3D打印生物弹性体的光固化树脂，而且提出了不同基底模量的范围是决定干细胞命运以及进一步硬/软组织再生的关键因素之一，并揭示了其潜在作用的机制。 图3. 大鼠（a）股骨缺损与（b）坐骨神经损伤造模与修复时间点及表征手段示意图。（c）Gyroid支架模量对大鼠股骨髁修复的影响。（d）3D打印神经导管的模量对大鼠周围神经再生的影响。

先进机器人抓持器的发展旨在通过可控的黏附力和摩擦力实现高效、灵活和稳定的物体操控。例如，具有强摩擦力和弱黏附力的柔性附着垫，可以实现可靠和高效的晶圆运输。具有光滑足垫的昆虫，例如蟑螂、蝗虫、螽斯等，可以实现高度动态的附着和分离，即在奔跑和跳跃等高速运动中实现足垫的强摩擦和弱黏附。因此，理解和模拟昆虫光滑足垫的增摩结构可以促进具有攀爬和抓握功能的机器人发展。近日，南京航空航天大学机电学院姬科举副研究员/戴振东教授课题组根据仿生原理设计和制造了一种可以同时实现强摩擦力和弱黏附力的仿生柔性附着机构，灵感来自于昆虫光滑足垫的内部角质层结构。对于动物来说，通过足肢抓住和操纵物体，从而实现与环境之间的高效互动对于它们的生存至关重要。经过亿万年的发展，这些末端效应器，例如人类的手、昆虫的脚、章鱼的触须和猫的爪等，已经进化出不同的结构和功能以适应环境挑战。其中，昆虫因其强大的运动能力成为了仿生机器人领域的热点研究对象。研究团队发现昆虫光滑足垫的高适应性、高摩擦力和弱黏附力来自于其圆弧表面和内部树枝状结构的共同作用，并且其表面与内部结构的参数对于摩擦性能存在最佳值。该研究通过仿生设计原理实现了一种简单的增摩减黏柔性附着结构设计策略，为机器人抓持器与附着单元的设计与制造提供了新思路。相关研究成果以“Insect-inspired design strategy for flexible attachments with strong frictional force and weak pull-off force”为题发表在国际摩擦学领域著名期刊《Tribology International》上（SCI一区，Top期刊，IF=6.20）。南京航空航天大学机电学院博士研究生赵家辉为第一作者，南京航空航天大学机电学院姬科举副研究员与戴振东教授为共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金委的大力支持。本研究设计的仿生柔性垫采用硬质模板法制备，所有模具均使用摩方精密microArch® S140（精度：10μm）光固化3D打印设备制造，制造工艺原理图如图1a所示。仿生柔性垫的表面粗糙度、接触角和杨氏模量分别采用激光共聚焦显微镜、接触角测试仪和万能拉伸试验机进行测试（图1b和c）。摩擦和黏附性能由Bruker的UMT-2测得，具体步骤如图1d和e。图1 a）通过模具浇筑制造仿生柔性垫的过程示意图；b）仿生柔性垫的表面粗糙度和疏水性；c）商用PDMS的应力-应变曲线；d） 受抑光在试验台中的全反射图；e） 本研究中使用的摩擦测量程序示意图和测试平台的照片。自然界中存在着多种不同粗糙度的表面，包括许多植物的叶子、岩石表面和树干表皮等。昆虫的足垫可以很好地适应这些表面并以此为基底来为自己提供显著的动力（图2a、d和g）。这些昆虫的摩擦垫部分由四个半球形的跗垫（图2b、e和h）组成，这一特征几乎普遍存在于所有光滑的昆虫足垫中，包括蟋蟀和竹节虫等。内部结构的横断面扫描电镜图像（图2c、f和i）显示了昆虫具有均匀厚度的光滑膜状表皮，并且在内膜层以下均匀分布着纵向排列的树枝状结构。图2 螽斯、蝗虫和蟑螂的足垫结构 a、d、g）螽斯、蝗虫和蟑螂的攀爬抓握形态；b、e、h）足垫的腹面视图；c、f、i）足垫接触区域的横截面。为了阐明表面曲率对摩擦行为的影响，团队设计并制备了三种曲率分别为0、10和20m-1的实心垫，分别命名为S0、S1和S2。摩擦性能测试结果显示，随着表面曲率的增大，材料的角度适应性变好，并且不会出现粘滑失效现象。然而，对于实心垫来说，表面曲率增大会使其实际接触面积减小，从而导致摩擦力大幅度降低，结果如图3所示。图3 不同法向力下实心垫的摩擦试验 a-c）曲率为 0、10 和 20m-1 且基底角度为 0° 的实心垫的力-时间曲线；d-f）实心垫在基底角度为0°、1°、2°和3°时的摩擦力；g）不同曲率实心垫受力时的有限元分析。基于上述扫描电镜图像中关键的内部结构，团队设计并制作了一个直径为20mm，表面曲率为20m-1的仿生柔性垫（图4a）。在本研究中，柱子的朝向垂直于弯曲的表面接触膜，并固定在一个平坦的刚性背衬层上。其中，四个主要的结构参数可能会影响仿生柔性垫的摩擦性能，分别为柱直径（R1）、柱中心距离（R2）、最大柱高度（L1）和接触膜厚度（L2）。对多个参数的分析表明，仿生柔性垫的摩擦力主要受两个比值的影响：R1/L2和(R1)2/(R2)2。对于柔性和均匀的粘弹性材料，R1/L2和(R1)2/(R2)2的物理意义分别表示向接触膜中传播的力的垂直深度和水平宽度。在本研究中，所选用材料确定的合适的结构比值为R1/L2 = 0.75和（(R1)2/(R2)2 = 0.36。图4 a）仿生柔性垫的照片和示意图；b）仿生柔性垫在不同法向力下以R1/L2和(R1)2/(R2)2为函数的剪切力；c-f）通过动力学实验和模拟分析R1/L2和(R1)2/(R2)2对摩擦力的影响。团队选择了8种不同粗糙度的基底来测试仿生柔性垫对不同材料表面的适应性（图5a）。结果显示，在相对较高的正常载荷（1.0–3.0 N）下，仿生柔性垫对不同基底的摩擦力主要受材料的影响，而表面粗糙度的影响可以忽略不计（图5b)。然而，在较低的法向载荷（0.5 N）下，摩擦力随着基底表面粗糙度的增加而显著降低（图5c），这可以归因于粗糙表面上的黏附失效。因此，当表面粗糙度超过0.408 μm时，仿生柔性垫与基底之间的摩擦主要以犁沟力为主。图5d展示了仿生柔性垫在垂直和大倾斜角攀爬中的应用，表明了本研究所开发的强摩擦材料具有广泛的应用前景。图5 a）8种具有不同粗糙度的基底；b）仿生柔性垫在相对较高的法向载荷（1.0–3.0 N）下对8种基底的摩擦力；c）较低载荷下仿生柔性垫的摩擦力随表面粗糙度的变化；d）仿生柔性垫阵列的实际应用。结论：受昆虫光滑足垫的内部结构启发，本研究通过3D打印模具技术制造了可以大规模生产的仿生柔性垫。其摩擦力和黏附力主要受柱直径、柱中心距离、最大柱高度、接触膜厚度和表面曲率五个参数的影响。因此，可以通过调整这些参数来控制其力学性能，从而保证仿生柔性垫在快速动态运动中的强摩擦力和易脱附性。具有强摩擦力和弱黏附力的仿生柔性垫在先进制造中具有潜在的应用前景，如飞机检验、夹持机器人和半导体器件加工等。

近日，科技部发布国家重点研发计划“增材制造与激光制造”重点专项项目立项通知。由重庆摩方精密科技股份有限公司（以下简称“摩方精密”）全资子公司深圳摩方新材科技有限公司牵头开展的国家重点研发计划重点专项项目“极薄强韧陶瓷义齿微立体光固化增材制造技术与装备”获批立项。此次重点专项由摩方牵头，北京大学口腔医院专家担任项目负责人，同时联合清华大学、中国科学院物理研究所、中国人民解放军第四军医大学、中国科学技术大学、南方科技大学、北京大学口腔医学院口腔医疗器械检验中心、南京前知智能科技有限公司、吉林大学口腔医院等单位，以摩方精密独有的“面投影微立体光刻技术”为切入点，全面系统研究极薄强韧陶瓷义齿增材制造系统共性关键技术，以进一步推动我国口腔医学领域基础技术和临床研究水平不断提升。作为国家级高新技术企业，摩方精密成立于2016年，专注于高精度的精密增材制造（3D打印）技术。与其他3D打印公司不同的是，摩方精密在颠覆性的赛道，进一步取得了突破和创新，它是全球最早攻克2微米级精度，兼具超高公差控制能力，稳定应用于工业生产的精密增材制造解决方案供应商。“极薄强韧牙齿贴面”是摩方精密利用颠覆性技术带来的突破性应用产品之一。传统机械切削的“牙齿贴面”产品厚度一般在400微米以上，而摩方精密利用高精度3D打印技术制造的“牙齿贴面”可将厚度降至100微米以下，最低厚度可达40微米，且强韧性超越以往产品，可以帮助患者在进行牙齿美白、修复时，更大程度地减免磨牙步骤，保留牙釉质，带来无痛治疗体验。图：摩方精密高精度3D打印的极薄强韧牙齿贴面据了解，国家重点研发计划是当前我国最高级别的研发项目之一，代表了中国该领域最具权威性和前瞻性的科技力量。根据科技部《关于开展国家重点研发计划“十四五”重大研发需求征集工作的通知（补充说明）》，国家重点研发计划重点解决事关产业核心竞争力、国家整体自主创新和国家安全战略性、基础性、前沿性重大科学技术问题，用于突破国民经济和社会发展重要领域的技术瓶颈。重点专项是国家重点研发计划组织实施的载体，聚焦国家重大战略任务、以目标为导向，从基础前沿、重大共性关键技术到应用示范进行全链条创新设计、一体化组织实施。此次摩方牵头的国家重点研发计划重点专项获批，显示了国家层面对摩方精密的行业地位、科技实力和原创研发的示范效应的进一步认可。该重点项目周期为三年，共有120余人参与，其中，逾1/3为博士，高级职称人员有20位，团队各方此前均有良好的合作基础。项目深度融合超精密增材制造、齿科材料仿生设计、精细陶瓷工艺和人工智能等交叉学科，依托多个国家级实验室和国家重点学科，协同攻关，重点突破陶瓷义齿增材制造技术，推动义齿修复从“有创”到“无创”的质变，显著提升齿科修复治疗水平。事实上，不止于牙科领域，摩方精密的技术，在细胞培养及新药开发、新型医疗器械及耗材、半导体测试与封装、精密检测仪器等领域的开创性应用，也日渐受到关注，令其在中国精密制造领域的工业母机价值日渐凸显。精细化是工业科技走向成熟的标志之一。兼具微纳细节尺寸和复杂构型的精密器件，遍布工业生产和人们生活的方方面面，也出现在大量“高精尖”、国外制造技术垄断的领域。而传统制造方法在日新月异的技术进步面前，常常瓶颈显著。摩方精密“超高精度、从微米到分米的跨尺度、一体成形”的精密制造能力，能够帮助工业企业快速加工具有复杂结构的零件。在一些小批量、高附加值或定制化精密器件生产领域，比传统工艺成本更低、生产周期更短，对生产人员和场地要求也更灵活。更重要的是，还能让开发人员突破传统加工方法对于产品设计的限制，对精密器件进行前所未有改良和升级，制造一些传统加工方式无法完成的产品，有望在一些国外长期技术垄断领域为中国制造突围提供赋能。而今，摩方精密已从一家自主研发设备制造型初创公司，成长为技术赋能产业的平台型企业。截至当前，摩方精密已与全球35个国家和地区的近2000家企业和科研机构建立了合作，其海外客户中，90%以上来自发达工业国家，不乏医疗器械、精密连接器、消费电子等不同行业的全球排名前10的企业。图：摩方精密生产的青光眼导流钉，为患者带来了全新的手术选择当前，新一轮科技和产业变革加速演进，基础前沿领域孕育重大突破，交叉融合态势更加明显，基础研究、应用基础研究和技术创新相互带动作用不断增强。摩方精密将继续坚持自主研发，同时协同“产、学、研”力量，强化基础应用研究和技术创新，瞄准中国高质量发展中的高端精密制造需求，发挥创新主体作用，为中国精密制造持续供给能力和效率。

在众多工程领域，如管道运输、微流体和航运业，对减阻表面的需求正日益上升。在自然界中，鱼类的鱼鳞结构和体表的粘液赋予了鱼类优异的水动力特性和防污性能，这有利于它们捕食和躲避捕食者。受此启发，武汉大学动力与机械学院薛龙建教授课题组联合工业科学研究院赵焱教授设计开发了一种具有鱼鳞结构的Janus水凝胶涂层（JHC），该涂层由具有仿鱼鳞结构的减阻上表面（SLH）和较强黏附性能的下表面（STH）组成。相关研究成果以题为“Fish Skin-inspired Janus Hydrogel Coating for Drag Reduction”的文章发表在《Chinese Journal of Chemistry》（SCI一区，IF = 5.4）上。博士研究生张钰荣为第一作者，薛龙建教授和赵焱教授为共同通讯作者。 作者首先通过摩方精密micro Arch® S230（精度：2 μm）打印了以翘嘴鱼鱼鳞为原型的仿生模板。结合模板法和光引发聚合合成了JHC（如图1）。具体制备步骤分为两步：（1）将JHC背面的STH预聚物溶液铺展在玻璃基板上，并在紫外线照射（波长365 nm）下固化；（2）将含有STH的基底覆盖在已填充SLH预聚物溶液的鱼鳞结构负模板上，紫外固化后脱去负模板得到JHC。JHC完整复刻了3D打印的鱼鳞结构，且由于STH和SLH具有相同的主要化学成分，两层水凝胶牢固地结合在一起。通过调控STH和SLH水凝胶体系中的单体、交联剂和第二网络聚合物含量，可以改变两层水凝胶的交联程度，进一步控制涂层的黏-滑性能。 图1. Janus水凝胶涂层（JHC）的概念和结构。（a）仿翘嘴鱼皮肤的JHC的设计策略。（b，c）JHC的（b）详细制造工艺和（c）反应机理的示意图。图（c）中的插图：（i）紫外线下粘性水凝胶层（STH）的聚合机理。（ii）光滑水凝胶层（SLH）中的壳聚糖季铵盐（CQAS）的物理交联。（iii）SLH层中聚（丙烯酸-co-丙烯酰胺）[P（AA-co-AM）]的化学交联。（iv）载玻片上的SLH（顶部）和STH（底部）层的粘附性能。JHC的（d）光学照片（e）3D轮廓图像，（f-i）扫描电子显微镜图片。随后，作者研究了STH层在法向和切向的黏附性能，并探讨了壳聚糖季铵盐（CQAS）浓度对STH剪切粘附性的影响（图2）。P（AA-co-AM）丰富的氨基和羧酸基团，有助于STH与各种表面之间的静电相互作用和氢键的形成，赋予了其在陶瓷、玻璃、钢、铜、纸箱、竹子和聚合物等表面的良好黏附性能。 图2. JHC的粘附性能。（a）JHC从纸上剥离的照片。JHC中的STH层被亚甲基蓝染色。（b）STH的剪切应力-位移曲线。（b）中的插图是试验的示意图和试验后STH的照片。（c）CQAS浓度对STH的剪切应力的影响。（d）STH和SLH的法向粘附力。（e）STH对各种表面的黏附能力。SLH表面的摩擦力非常小。作者将5 g的砝码放置在倾斜角为5°的JHC表面，砝码迅速从SLH表面滑落。在10 mN的法向载荷下，红宝石与SLH表面的摩擦力仅为2.77±1.51 mN。SLH在水下的摩擦力比干态下低18倍左右，这表明水在降低JHC的表面摩擦力中发挥了重要作用。经过150 h的浸泡，SLH在水中的溶胀率仅为11 wt%，优异的抗溶胀性能确保了仿鱼鳞结构在水下的稳定性。当CQAS含量为6 wt%时，SLH的力学性能最优。通过圆珠笔穿刺、手术刀切割、拉伸、扭曲并拉伸、打结并拉伸等测试更是直观展示了SLH的优异力学性能。 图3. 光滑水凝胶（SLH）的力学性能。（a）5 g砝码从倾斜5°的JHC上表面滑落的照片。（b）10 mN的法向负载力下，STH和SLH的摩擦力。（c）在去离子水中浸泡不同时间后SLH的溶胀率。通过测量五个样品的平均值获得。具有不同浓度CQAS的SLH的（d）拉伸应力-应变曲线，（e）杨氏模量和（f）最大应力。（g）SLH受圆珠笔穿刺、手术刀切割、拉伸、扭转拉伸、打结拉伸的照片。比例尺为1 cm。而后，作者采用粒子图像测速系统研究了JHC的减阻性能（图4）。与平面SLH相比，鱼鳞结构赋予JHC更短的水流速度梯度场，使水流到达无干扰速度的距离缩减了38.5%；且JHC表面上方相同距离处的流速均大于SLH平面上方的流速。 图4. JHC的减阻。（a）粒子图像测速仪（PIV）测试系统示意图。（b，d）在（b）SLH平面和（d）JHC上的PIV测试照片。（b，d）中的白色光点是示踪剂粒子。（c，e）分别基于PIV测试计算的（c）SLH平面和（e）JHC表面水流速度分布图。（f）SLH平面和JHC的归一化速度对比图。最后，作者通过水凝胶涂覆在3D打印的小船底部，探究了JHC的水下防污性能。结果表明，JHC在水下可以防止烷烃、芳香以及极性有机溶剂和金黄色葡萄球菌的黏附。由此可见，鱼鳞结构是水下防油污的关键，而壳聚糖季铵盐是JHC抑制了生物黏附的关键。 图5. JHC的防污性能。（a）SLH和JHC在水下与正己烷的接触角。（b）JHC防污照片。正己烷、矿物油、甲苯和丙酮用油红染色。（c-e）与金黄色葡萄球菌共培养30 h的（c）PDMS、（d）SLH和（e）JHC表面的SEM图像和（f）相应的金黄色葡萄球菌覆盖率。结论：受鱼鳞表面结构和黏液的启发，作者采用两步紫外光照射成功制备了由STH层和SLH层组成的可用于减阻的JHC水凝胶涂层。以CQAS为物理交联剂的STH层，在多种表面均具有较强的黏附性能。在SLH层中引入化学交联剂MBAA，使得具有鱼鳞结构的SLH表现出优异的力学强度、抗溶胀、抗污染和减阻性能。

纵观人类药物治疗的历史，口服给药因其操作要求低、患者依从性高而一直是首选的给药途径。然而，大多数生物药物（肽、蛋白质、核酸和抗体）一旦暴露在严酷的胃肠道生化微环境中就很容易失活，并且由于胃肠道的保守吸收选择性，药物无法通过粘液或细胞层转运。因此，生物制剂药物的口服可用性有限（约为 1%），必须进行肠外注射，这不可避免地会引起疼痛和皮肤感染，往往导致患者依从性差，尤其是慢性病患者不得不经常进行治疗性注射。虽然目前的口服给药技术，如粘液粘附贴片、常驻水凝胶、微装置和基于颗粒的平台等已在公开文献中被提出，以提高生物药物的局部浓度并延长释放期，但其生理障碍仍然存在，临床疗效仍有待验证。如何克服生物药物口服给药的困境并提高患者的依从性仍然是一个巨大的挑战。受到刺豚（porcupinefish）自我膨胀和展开刺进行防御的能力的启发，来自清华大学的张明君和徐静团队开发了一种肠道微针机器人，其设计目的是吸收肠液进行快速膨胀，并将装载药物的微针注入无知觉的肠壁进行给药。达到平衡体积后，微针机器人会利用有节奏的蠕动收缩来穿透粘膜。然后，机器人的倒钩微针可在蠕动松弛时脱离本体，保留在粘膜中以释放药物。由 14 只小猪参与的大量体内实验证实了肠道蠕动对微型机器人驱动的有效性，并证明了与皮下注射相当的胰岛素输送效果。可摄取的蠕动微针机器人可能会改变目前主要依赖肠外注射的生物药物口服给药方式。相关工作以题为“Pain-free oral delivery of biologic drugs using intestinal peristalsis–actuated microneedle robots”的文章发表在2024年1月5日的国际顶级期刊《Science Advances》。1. 创新型研究内容在自然界中，六斑刺鲀（Diodon holocanthus）在受到威胁时会通过吸水迅速膨胀。在这一过程中，刺豚身体上的硬刺和锥形刺会竖立起来，增大体型，并在被吞食时刺伤敌人（图 1A 和 B）。可以想象，由刺豚启发的可膨胀微针装置可以迅速膨胀体积，向肠壁伸出装载药物的微针，利用肠蠕动时的蠕动力穿透肠粘液层，输送生物药物。同时，某些刺类生物的刺上长有突出的倒钩，以增强穿透后对组织的粘附力。这种机制会产生一种带倒钩的微针结构，这种结构可以从微针装置中分离出来，并保留在组织中，从而实现药物输送和持续释放。本研究设计了一种受刺豚启发的肠道蠕动微针机器人，以协助生物药物的艰苦口服给药（图 1A 和 B）。为了打破药物吸收障碍，本研究设计了微针机器人，使其在肠液中膨胀成一个大的刺囊，并在蠕动收缩时将微针注入粘膜（图 1F）。微针上装有装载药物的钩刺，钩刺可在蠕动松弛时从微机器人本体分离并串入粘膜以释放药物。与已报道的弹簧/气球发射或场控驱动机制不同，本研究提出的微机器人装置通过质量传输（吸收肠液）和固有肠蠕动发挥作用，无需预置能量或实时外部能量输入，即可将药物送入管壁。微针机器人（图 1F）主要由三部分组成：(i) 负载药物的倒钩微针，用于穿透粘膜并保留以持续释放药物（刺，图 1C）；(ii) 可拉伸的基底膜，用于负载微针并抵抗持续蠕动收缩（皮肤，图 1D）；(iii) 超吸收水凝胶颗粒，用于提供膨胀应力以平衡膜张力并使装置膨化（腹部的水；图 1E）。在干燥条件下，可将单个微针机器人封装到商用 00# 肠溶胶囊中，使其在酸性胃液中保持完整，并在肠道中释放出来（图 1G）。暴露在肠液中后，微针机器人会迅速膨胀到平衡状态，达到所需的大小[与食品药品管理局（FDA）批准的 PillCam 相当，小于肠腔直径]，拉伸的薄膜会受到压力，以支撑刺向肠腔壁竖起（图 1G 和 H）。由于容积效应，有节奏的肠蠕动收缩可将微针推入粘膜，而松弛过程可将装有钩刺和药物的尖端与微针机器人分离，并将装有药物的钩刺锁定在肠壁上（图 1I）。使用微针机器人后对肠道组织进行的组织学分析表明，肠道组织恢复迅速，炎症反应有限。以胰岛素为模型药物，本研究验证了其在 60 分钟内的快速降糖效果，并在对小猪进行 4 小时体内观察期间将口服生物利用度提高到23.6%，大大高于目前生物制剂口服药物约 1%的生物利用度。这种由蠕动驱动的机器人可作为目前依赖注射途径的生物制剂口服给药的多功能平台。图1 受刺豚肠蠕动启发的微针机器人，用于口服输送生物药物【微针机器人的构造和特性分析】为了利用微针机器人的蠕动收缩力进行驱动和微针穿透，微针机器人应具有可膨胀性，以获得足够的蠕动压力，并将微针伸向肠壁。图 2A 是可膨胀微针机器人的构造过程示意图。微机器人的微针由聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）和聚乙二醇（PEG）的聚合物混合物通过模板辅助光交联法制成（图 2AI）。之所以选择 PEGDA 作为基质，是因为它具有公认的生物相容性和理想的机械强度。通常情况下，通过快速交联形成的 PEGDA 紧密网络的网眼尺寸较小，不利于药物释放（图 2C，左），而且用于微针-膜进一步连接的双键有限。为了克服上述问题，本研究添加了 PEG 作为稀释剂，以阻碍 PEGDA 的交联。低温扫描电子显微镜（cryo-SEM）显微图像证实，与不含 PEG 的网络相比，掺入 PEG 的 PEGDA 网络具有更高的孔隙率和更大的网孔尺寸（图 2C）。当掺入分子量为 4000 的聚乙二醇（PEG-4000）33 wt % 时，本研究证实嵌入荧光染料的药物在 3 小时内的释放率高达 50%（图 2D），这归因于松散的网络和亲水性 PEG 的溶解。本研究还考虑过使用其他生物相容性亲水聚合物，如聚乙烯醇（PVA）和聚乙烯吡咯烷酮作为稀释剂来调节药物释放速率。然而，这些材料与 PEGDA 混合后会出现快速相分离，这意味着水凝胶网络中的交联密度变得更难调节，促进药物释放的主要原因是亲水性聚合物的快速溶解。通过压缩试验（图 2E）测定，微针在弯曲前的机械强度至少为 30 mN/根，体内猪肠的穿透力为 2.5 mN/根。微针的机械强度随着 PEG 百分比和 PEG 分子量的增加而降低，这表明交联程度降低，肿胀程度增大也证明了这一点。穿刺组织的组织学检查显示，微针成功穿透了肠壁粘膜（图 2F）。考虑到潜在的肠穿孔风险，本研究进行了多次穿孔测试，发现至少需要 50 mN 的力和向组织至少 4 mm 的位移才能导致组织穿孔。这些结果证明了 PEGDA/PEG 微针的坚固性，以及在蠕动收缩压力下安全穿透组织而无穿孔风险。图2 微针机器人的制备和表征【利用蠕动收缩促进粘膜穿透的可膨胀微针机器人】鉴于肠蠕动的强度与食糜的大小呈正相关，膨胀平衡状态下机器人的体积可能决定作用于机器人的蠕动收缩力，从而影响药物微针的穿透效果。为了优化微针机器人的尺寸，本研究选择了胃肠道解剖和生理结构与人类相似的巴马小猪作为体内动物模型，进行肠道测压和微针穿透评估。如图 3A所示，本研究通过胃镜将一系列定制设计的不同直径的压力传感器送入小肠，实时测量体内的蠕动压力。为了消除环境压力，本研究在胶囊状压力传感器的轴向和径向两端都安装了压力测量单元，得出的压力差就是肠蠕动压力（Pintestine）（图 3A）。图 3C 显示了通过直径分别为 10 毫米、12 毫米和 14 毫米的压力传感器测量的三只小猪 5 分钟的蠕动压力曲线摘录。对于每只小猪，都观察到了主频率约为 10 cpm 的持续蠕动压力，非配对 t 检验显示，使用较大的传感器进行测试时，平均压力显著增加（图 3D）。由于蠕动压力来自肠道蠕动的冲力，因此假定在与传感器直径相同的微针机器人上施加相同的收缩力。每个微针（Fintestine）上施加的收缩力可由蠕动压力换算得出（图 3B）。计算结果表明，当微针机器人的直径达到14毫米时，单个微针上的Fintestine可能达到10.5 ± 1.3 mN，比文献中报道的所需穿透力高四倍（图3D）。这些数据表明，在小型猪模型中，增加机器人装置的径向尺寸可以增加作用在其上的蠕动压力，从而为微针穿透肠壁提供所需的驱动力。图3 通过蠕动收缩实现微针穿透【利用蠕动松弛和倒钩结构促进粘膜保留的可膨胀微针机器人】肠蠕动的节律性意味着它不仅包括强烈的收缩，还包括周期性的松弛（图 4A）。图 4B 显示了从蠕动压力曲线得出的三只小猪在 60 秒内的收缩-松弛交替情况。数据证实，在蠕动过程中，收缩和松弛阶段不断交替，双向方差分析（ANOVA）检验证实，在所有受试小猪中，松弛阶段在整个周期中所占的时间比收缩阶段长，据统计约占蠕动周期的 67.7%（图 4C）。然而，长时间的松弛期可能会导致载药微针脱离粘膜，暴露在恶劣的管腔环境中，最终降低给药效率（图 4A）。受某些刺痛生物难以拔出的倒钩刺的基本原理启发，本研究为微针构建了一种松树启发的倒钩结构，以增强微针与纤维组织的机械互锁，从而使倒钩微针难以从粘膜中拔出，并在蠕动松弛过程中易于从微针机器人上脱落（图 4D）。松树启发的钩刺微针是通过多轴向光固化工艺制成的（图 2A 和 4E），在此过程中，只需改变钩刺层数（nbarb）和两层之间的边长比（Lbarb），就能调节微针的回缩力（Fout）（图 4D）。同时，两层之间的连接力也会随着重叠高度的变化而变化。为了验证使用倒钩结构固定组织的可行性，本研究在活体猪小肠上测试了倒钩尖端的回缩力（图 4F）。与裸微针相比，带刺微针从组织中回缩需要 6.2 mN，而且回缩力随着 nbarb 和 Lbarb 值的增加而增加（图 4G）。图4 通过蠕动收缩和放松保持微针【体内给药的有效性和安全性】为了观察微针机器人的口服给药和排泄途径，本研究首先将装有X射线造影剂的5个微针机器人经口腔注射到小鼠体内，并在透视下观察它们的胃肠道分布（图5A）。由于机器人足够小，可以装入商用 00# 肠溶胶囊中，因此在食道和胃中保持完整，并在胃排空后进入肠腔（图 5A，a 和 b）。通过实验，本研究观察到微针机器人的大小会影响胃肠道转运的效果。由于迷你猪模型的胃排空时间长达 24 小时，幽门狭窄，制备的 30 毫米长的微针机器人直到第五天才出现在肠道中，幽门通过时间长导致五个微针机器人中的四个被强烈的胃收缩挤压成碎片。为了让更多的微针机器人能够完整地进入肠道，本研究又制作了五个直径与第一批相同的 15 毫米长（第一批微针机器人长度的一半）的微针机器人，并进行了相同的输送实验程序。结果表明，较短的微针机器人比较长的微针机器人早一天（第 4 天）通过幽门，而且这五个微针机器人中有四个完全进入了肠道。进入肠道后，微针机器人开始膨胀并与肠道相互作用（图 5Ab）。最后，微针机器人在持续的蠕动收缩下被挤压粉碎（图 5Ac），较短和较长的微针机器人分别在第 6 天和第 7 天完全排出胃肠道（图 5Ad）。这些数据表明，微针机器人可以通过胃肠道，其大小影响了通过时间以及进入肠道发挥功能的能力。考虑到人的胃排空时间比小猪快，幽门比小猪大，微针机器人可以进行进一步的优化，以更短的时间穿过人的胃肠道，使其在人胃内不易被破坏，这是与小猪胃相比的一个优势。图5 在小型猪体内给药为了验证微针机器人的给药效果，本研究进一步将人重组胰岛素注入微针机器人，并在体内放置4小时后测量了小猪血糖和血浆药物浓度的变化。为了避开较长的胃排空时间并确定观察起点，本研究直接将微针机器人送入十二指肠，并在动物麻醉后使用胃镜持续观察。本研究的机器人给药方法（0.8 毫克）与皮下注射（0.2 毫克）和肠道灌胃（1.0 毫克）胰岛素溶液进行了比较。在取样期间，机器人给药法在 180 分钟内实现了 23.6 ± 10.7% 的血糖下降，与皮下注射法 30.7 ± 10.4% 的下降幅度相当（n = 3）。肠道灌胃组血糖下降不明显，但在 40 分钟后略有上升（图 5B 和 C）。与观察结果一致，药代动力学研究显示，机器人给药法实现了与皮下注射相当的大剂量胰岛素给药，其相对生物利用度达到 23.6%（n = 5），是肠道灌胃组（0.6%，n = 5）的 37.7 倍（图 5D 和 E）。2. 总结与展望本研究开发了一种非常规的肠道蠕动微针机器人，并在小猪体内演示了其用于肠道微注射和口服给药的可行性。受刺豚在受到威胁时的膨胀和刺痛防御行为的启发，微针机器人可以通过吸收肠液膨胀成体积增大的刺囊，并利用径向蠕动收缩将装载药物的微针推入肠壁。微针机器人的平衡容积经过优化，既能为微针穿刺提供足够的蠕动压力，又能避免造成肠梗阻。与强烈的一次性给药模式相比，适度和重复的穿刺过程确保了较高的给药可靠性，并能有效减少穿刺失误和穿孔风险。带倒刺的微针结构使药物微针在插入后很容易与机器人本体分离，并在蠕动松弛过程中促进微针在肠壁的保留。在小猪体内进行的给药实验表明，胰岛素具有明显的降血糖作用，生物利用率高达 23.6%，超过了典型生物制剂口服给药的生物利用率，在迄今为止公开文献报道的胰岛素肠内给药机器人（约 10%）中名列前茅。文章链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj7067

近年来，结构化材料通过其胞元结构的设计展现出许多优异的性能，如：超高刚度、超高强度、负泊松比、负热膨胀等等，因此被广泛地应用到航空航天、医疗器械、能源工程以及电子技术等多个领域。然而，现阶段多数结构化材料都由同一胞元的周期性排列构成，从而导致单一的同质变形响应，并将性能限制在较小的范围内。因此，深入挖掘异质组装在性能提升方面的巨大潜力，通过开发不同胞元的多种空间排列策略来获取更加优异的性能，这一研究方向有着重要的学术和应用价值。近日，西安交通大学的洪军/李宝童课题组通过对巨量高精度性能数据的分析（共选取了由各种性能迥异胞元组装形成的745752类材料），发现了一种正负泊松比胞元的异质组装使力学性能（这里指杨氏模量和泊松比）显著增强的现象（在不增加材料用量的情况下，杨氏模量增强了超过两个数量级）。受该现象启发，研究团队经过严谨的数学公式推导，建立了一种精准计算力学性能的理论模型，并基于模型进一步提出了用于获取可编程极限性能的几何设计准则。通过应用这些准则，得到了具有现阶段最接近杨氏模量理论极限的几何结构。与此同时，性能的可编程特性可以通过调整胞元的数量比例来实现。最后，利用数值仿真、理论计算和精密试验等多种方法对这种显著的性能增强效应进行了全面验证。团队采用摩方精密microArch®S240（精度：10μm）3D打印设备，完成了在杨氏模量上具有两个数量级以上增强效果的材料样件的制备，并实现了样件在长度尺度上由微米尺度到宏观尺度的跨越。团队提出的准则通过对基础胞元的筛选和空间布局的组装使原本性能普通的胞元发挥出近乎极限的力学性能，进而构建出一条通往杨氏模量和泊松比理论极限的“桥梁”。此外，这些筛选和组装准则的核心是针对胞元的力学性能，对其拓扑、形状和大小并没有约束。因此，该准则为极限力学性能的几何设计提供了更大的空间，极大增加了结构化材料的应用价值。相关研究成果以"Design criteria for architected materials with programmable mechanical properties within theoretical limit ranges"为题发表在期刊《Advanced Science》上，西安交通大学机械工程学院尹鹏博士研究生为第一作者，西安交通大学机械工程学院洪军教授、李宝童教授、陈小明教授为共同通讯作者，该工作得到了国家自然科学基金委的大力支持。图1. HAMs的构造设计策略。a) HAMs的设计策略，包括胞元的异质组装和HRVEs的同质组装。b) HAM的构造过程。c) 装配策略对杨氏模量的增强效应。d) HAM和基本胞元的相对杨氏模量与阶次关系图。e) 根据通用准则设计的HAM的弹性性能。图2. 数值实验中HAMs的弹性性能。a) 数值实验Ⅰ中HAM的弹性性能（HRVE阶数由2×2到4×4）。b) 数值实验Ⅰ中12组HAM的弹性性能范围（材料的相对杨氏模量和泊松比）。c) 数值实验Ⅱ中HAM的弹性性能（HRVE阶数由2×2到15×15）。图3. 各组极端性能对应的 HRVE 几何。图中显示了12个胞元对的几何、具有极端性能的HAM的HRVE几何，以及每组具有极端性能的HAM与基本胞元相比的性能增强倍数。图4. 对理论模型中关键项的解释。这些关键项包括相同列排列的应力平衡方程、决定 HAM 力学性能极限的条件1和条件2。图5. 具有极限力学性能材料的几何设计准则。图6. 实验和仿真结果。a) 几何分解的 10×10 HAM 的3D打印图像。b) 10×10样品在单轴拉伸测试中的机械变形响应（0% 施加应变（上）和 1% 施加应变（下））。c) 10×10样品的实验应力-应变曲线。d) 不同组装阶次下材料相对杨氏模量的实验和模拟数据。图7. HAMs的杨氏模量以及与其他材料的性能对比。a) HAMs 与其他已报道的机械超材料的杨氏模量对比。b) 相对密度  时所有材料的归一化杨氏模量。图8. 由具有理想性能胞元组装的HAM力学性能分布。原文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202307279

2023年，摩方精密致力与专家学者共同探索微纳3D技术的最新应用场景，解决高精度制造的需求，为生物医疗、微流控、超材料、仿生学、微机械等前沿科研领域的应用提供技术支持。在这一年里，摩方精密坚持自办研讨会及参加各领域行业大会，旨为行业创新发展、商贸洽谈激发了机遇搭建了一个高质量的合作平台，在推动创新链与产业链深度融合，充分激发了各类企业的创新活力，为产业全链发展增添了无限动力。01 先进制造技术创新研讨会Advanced Manufacturing Technology Innovation Seminar为深入探讨先进制造研究最新前沿动态，加强各领域行业专家的交流合作，进一步促进微纳尺度先进增材制造技术创新发展，摩方精密在武汉、杭州、成都、上海、北京等地先后开展了6场自办“先进制造技术创新研讨会”，邀请业内领先的研究学者和技术专家，共同探讨当前微纳增材制造领域的热点问题，分享最新的研究成果和技术进展。"先进制造技术创新研讨会"已经得到了众多专家的高度评价，同时，在业内也激起了广泛的讨论和关注。摩方精密始终坚持原创技术牵引，洞察市场最新趋势，研讨会汇聚全球各行业院士专家、合作伙伴、龙头企业家代表等，将围绕微纳3D打印技术在生物医疗、精密电子、航天航空、低碳能源、环境治理等领域的创新应用展开交流研讨。专家们在圆桌论坛上共同剖析精密增材制造技术的应用之道、合作模式、产业现状以及未来的发展趋势。他们深入探讨精密增材制造在生物医疗领域的创新应用，交流在行业应用场景、关键项目的阶段性进展以及产学研合作的新模式。通过这些讨论，他们共同为产业化发展把脉，探寻着将科技创新转化为实际应用的最佳路径。02 行业大会，合作共赢Industry Conference, Win-win cooperation一、Medtec China2023年6月，摩方精密携最新研发成果精彩亮相第十七届Medtec China暨国际医疗器械设计与制造技术展览会，本次展会展出的微针贴片、内窥镜、心血管支架等多个医疗行业超高精密样件，引起强烈反响。二、高端医疗器械展览会2023年8月，摩方精密成功亮相2023第七届广州国际高端医疗器械展览会（高医展），期间展出了药物释放--血管支架、倾斜微针结构、陶瓷/树脂内窥镜端座、心血管支架、微流控等样件等自主研发的医疗应用端样件，吸引众多来自医院专家、行业学者、医疗企业人员等业界人士前来参观。三、CIOE中国光博会2023年9月8日，摩方精密携多款样件及终端应用参展第24届中国国际光电博览会（简称: CIOE中国光博会），重点展示了在精密电子、消费电子、生物医疗、科研及创新领域应用的超高精密打印技术，为精密制造行业带来一系列定制化解决方案。四、TCT Asia2023年9月12日，摩方精密成功亮相第九届亚洲3D打印、增材制造展览会（TCT Asia），并在首日举办了“探索微纳之间 智造无限可能”新品发布会，重磅推出了多款新设备、新终端、新材料和解决方案，引起业界的广泛关注，吸引了众多行业专家、科研学者、企业客户、行业资深媒体的洽谈交流。五、全球化视野，原创技术出口FORMNEXT成功亮相法兰克福增材制造盛会，向公众展示摩方精密最新精密部件及涂层技术TCT UK成功亮相英国TCT大会，现场展示摩方精密最新系列产品 microArch S350。RAPID +TCT携多款精密部件及高精密3D打印解决方案重磅亮相于北美3D打印盛会。03 精彩回顾，展望未来Wonderful review, Looking forward to the future33全国举办线下展会场次、100+全球线下展会举办城市、2000+建立合作共赢关系、5W＋接待客户总人次摩方精密正致力于加快新产品的研发步伐，整合内外部资源，提供更优化的服务，将持续不断地为客户提供专业的技术支持、高效率的服务和一站式的系统解决方案，以期实现互利共赢的局面，共同迎接行业高速发展带来的新机遇。展望2024年，摩方精密将继续紧跟市场需求导向，以匠心和创新为产品赋能，向业界同仁展示品牌全新面貌的同时，持续助力行业向上发展，为制造业高端化、智能化、绿色化发展贡献摩方力量。