增材制造，通常被称为3D打印，在组织工程领域因其能够制造具有复杂三维和可定制几何形状的合成生物相容性支架而受到了显著关注。这些支架能够有效地支持细胞生长和组织形成，其中材料挤出、材料喷射和槽式光聚合在内的3D打印技术已被用于支架的制造。目前，生物打印技术可以直接3D打印细胞，这些细胞被嵌入水凝胶墨水中，能同时保持与解剖结构相似的空间布局。尽管增材制造在支架制造方面取得了快速进展，但仍存在一些挑战。尤其是在单个制造模式中实现部件大小、打印分辨率、尺寸范围、结构稳定性和生物相容性之间的最优平衡仍然难以实现。例如，最常用的基于注射器的制造方法（如熔融沉积建模和3D生物打印）在制造精度和分辨率方面仍不及其他增材制造技术。双光子聚合在制造精度和分辨率上达到了极高的水平，使得细胞水平上的支架交互成为可能，但它仍面临制造效率和构建体积的限制，通常构建体积小于1 mm3。相比之下，立体光刻和槽式聚合技术在扩大制造规模、提高精度和分辨率方面展现出潜力，但它们所采用的光固化环氧树脂作为打印材料，往往对细胞的生物相容性和毒性等方面都表现不佳。碳，在生物材料支架和生物制造领域展现出巨大的潜力，这得益于其出色的生物相容性、化学稳定性以及可调节的机械和电气特性。在不同的碳同素异形体中，碳纳米管（CNTs）和石墨烯已经成为了非聚合物组织工程支架材料中的热门选择，这些材料中还展示了骨骼肌细胞的培养的可能性。然而，由于CNTs和石墨烯的纳米材料性质，这些材料不能直接进行增材制造。传统的3D碳材料结构化方法涉及使用基于模板的方法，可在3D多孔模板上生长或沉积碳纳米材料，然后通过腐蚀去除模板材料。这种方法的缺点是3D碳材料的形状受到支架材料特性的限制。作为替代方案，CNTs和石墨烯可以被整合到聚合物基质中以促进直接3D打印。然而，聚合物复合材料可能会损害原始石墨烯或CNTs的固有生物响应。此外，将石墨烯或CNTs整合到聚合物基质中主要应用于基于挤出的3D打印，如前所述，这种方法在打印精度和分辨率方面存在不足，通常限制了细胞3D定殖。为了实现与所需组织工程应用相匹配的结构分辨率的3D打印纯碳，结构化聚合物前体的热解提供了一种可行的解决方案。通过结合不同的增材制造过程和后续的热解过程，已经证明在不同的长度尺度上可以实现3D结构化热解碳（PyC）的可行性。例如，双光子聚合可以制造出具有分辨率高达数百纳米的3D结构的PyC。相比之下，立体光刻3D打印的结构尺寸可以从亚100微米到几毫米。然而，将3D结构的PyC作为细胞3D生长支架的应用仍未被探索。一些研究表明，在骨骼组织工程中使用3D结构的PyC结构具有前景。然而，这些研究中的孔隙大小（>300 μm）在元素之间显著较大，仍然限制了实现细胞3D定殖。基于此，来自海德堡大学的研发团队设计了一种可变形3D结构的PyC作为潜在的生物材料支架，并研究了它们与骨骼肌细胞的相互作用，以实现细胞的三维培养。该研究以“Microarchitected Compliant Scaffolds of Pyrolytic Carbon for 3D Muscle Cell Growth”发布在国际期刊《Advanced Healthcare Materials》。在本研究中，团队使用摩方精密面投影微立体光刻（PμSL）3D打印技术（nanoArch® S130，精度：2 μm）制备出主要结构，随后通过热解实现了具有与骨骼肌细胞相当可变形PyC支架的尺寸特征。尽管在组织工程应用中通常使用固定的刚性支架，该研究团队还将开发一种新颖的概念，用于制造可变形的PyC支架。在这里，“形状变形”指的是结构通过机械或手动操作改变其空间排列的能力。需要注意的是，PyC本质上具有脆性，限制了其自然形状变形的潜力。为了克服这一挑战，团队采用了基于可变形机制设计的方法，以实现PyC结构的可变形能力。PyC结构热解过程由于前驱体树脂的热化学分解释放气态化合物而导致显著的几何收缩。这种收缩使得PyC晶格厚度可以明显小于制造能力，例如，设计晶格厚度为15微米的结构在热解后PyC晶格厚度为4.1 ± 0.4 μm。收缩程度取决于前驱体的晶格厚度和热解温度。气态副产物的释放通过从表面排气，因此，较高的表面积导致较高的排气程度。较小的晶格厚度提供了较高的表面积与体积比，导致较高的收缩程度，例如，当最终热解温度为900°C，设计晶格厚度从15到150 μm的收缩率为73 ± 3%到60 ± 2%。另一方面，将热解温度从500°C增加到900°C，对于150 μm的晶格厚度，收缩程度从50 ± 3%增加到60 ± 2%。收缩的温度依赖性主要归因于温度范围内的质量损失。图1. 3D打印的具有立方单元晶格的架构，碳化前后的对比。图2. 在900°C碳化温度下制造的3D结构PyC的Raman光谱。图3. 用于微机械测试的3D PyC微柱。热解碳本质上是刚性和脆性的。由于其固有的刚性，改变PyC材料的几何形状极具挑战性，几乎是不可能的。为了解决这一挑战，团队采用了基于可变形机制设计的方法。设计了具有铰链的几何结构，其中单元通过涉及环形环和轴的控制间隙的旋转关节连接，从而具有可变形特性，并通过这些旋转关节实现形状变化的能力。图4. 通过旋转关节设计实现的3D打印可变形结构。然后，研究团队在3D打印热解后的PyC支架中培养了C2C12细胞，以评估其生物相容性和细胞生长的能力。C2C12细胞通常被用作肌肉研究的模型细胞，因为它们具有单核和梭形的成肌细胞，这些细胞后来分化为多核的肌管，模仿体内肌肉纤维的形成过程。通过甲基噻唑蓝溴化物（MTT）代谢活性和细胞间接接触PyC材料的活死染色，团队检查了PyC支架的生物相容性，图5b显示了500°C、700°C和900°C的PyC结构使用MTT试验的结果，表明所有结构都是生物相容的。团队还对骨骼肌细胞间接接触结构进行了活死染色，以进一步研究PyC材料的生物相容性。用钙黄绿素/碘化丙啶染色后，测量了活细胞与死细胞的比率，并绘制在图5a中，用于不同热解温度获得的PyC支架，在结构上并没有看到对肌肉细胞的毒性迹象。肌动蛋白纤维显著影响细胞内的运动能力、细胞附着和机械性能。因此，团队研究了C2C12细胞在碳格上的细胞骨架排列。图5c–h中phalloidin的荧光图像揭示了细胞骨架中密集的丝状肌动蛋白束。细胞主要覆盖了结构的边缘。培养的细胞中的肌动蛋白纤维似乎在细胞骨架中随机分布。有趣的是，经过七天的培养，孔隙中至少填充了43 μm深的骨骼肌细胞，这表明实现了3D定殖，这对于许多组织工程应用是至关重要的。细胞3D定殖进一步通过SEM调查得到证实。图5i–k展示了经过22天细胞培养的生物混合构建的SEM图像。细胞完全覆盖了PyC支架，并表现出延长的形态，这表明细胞在PyC表面上的优先生长。此外，观察到细胞在孔隙中生长，并在孔隙上桥接，表明PyC支架支持3D骨骼肌细胞生长。图5. 3D结构的PyC支架的生物相容性。骨骼肌细胞支架的关键标准之一是它们诱导成肌管形成的能力，成肌管是由成肌母细胞融合产生的多核纤维结构。 因此，团队通过分析Hoechst和phalloidin染色的细胞核和肌动蛋白纤维的荧光，研究了PyC支架诱导成肌管形成的能力。图6展示了在不同热解温度下制备的PyC支架上形成非常少的成肌管。此外，团队还在PyC支架上进行了荧光研究，以研究形成的肌动蛋白。这些结果表明，在不同温度下PyC支架上都形成了成肌管，并且它们在支架表面很好地发育并随机定向。图6. 荧光图像显示了在500°C、700°C和900°C热解3D结构的PyC上的C2C12细胞。在3D支架中，细胞迁移和增殖，向内延伸以最终封闭或桥接孔隙，形成类似组织的片状结构。细胞的集体行为，包括在3D结构中传播时的速度和最终形状的桥，取决于孔隙的几何形状和大小。例如，在发展的界面上细胞拥挤或展开取决于初始基质是凹的还是凸的。为了更广泛地探索C2C12细胞与可变形的PyC结构之间的相互作用，细胞被培养在PyC链结构上，这些结构为3D细胞生长提供了各种几何形状。通过实验可以看到，细胞覆盖了整个链结构，包括格构件之间的间隙甚至旋转关节内。细胞被观察到以平坦的片状而不是聚集体的方式排列，在这些片状中形成了多个细胞层。随后，它们利用细胞间连接桥接孔隙，跨越相当大的距离并有效地填充孔隙。图7. 热解后PyC链结构上的C2C12细胞的低倍和高倍荧光图像。综上，研究团队首次展示了微型结构热解后的碳结构用于骨骼肌细胞的3D细胞生长。团队通过利用摩方精密PμSL技术制造树脂微型结构，然后进行热解得到3D结构的PyC。除了典型的固定和刚性的3D结构的PyC外，团队还采用了一种新的设计方法制造了新的可变形3D结构的Pyc。在细胞培养过程中，C2C12骨骼肌细胞表现出对PyC材料的强烈亲和力，显示出良好的生物相容性和细胞增殖。细胞在刚性和可变形的PyC支架中定殖，行成真正的3D细胞定殖。3D结构的PyC进一步导致培养的肌肉细胞中的肌动蛋白纤维沿可变形结构的良好排列。在PyC结构表面也形成了大量成肌管，其形成依赖于与热解温度相关的PyC刚度。然而，PyC材料的成肌分化能力在这里并未完全实现，这需要进一步的广泛研究。本研究的结果对于利用3D打印的热解碳结构作为细胞支架具有重要意义，3D结构的PyC对细胞的亲和力可能为多功能支架的设计提供新的视角。

由严重创伤、手术切除、或先天畸形等导致的大段骨缺损的修复和功能重建是临床面临的重大挑战。骨组织工程（BTE）在治疗这些严重骨缺损方面具有巨大的潜力，可以缓解传统自体或同种异体骨移植中常见的供体骨不足、供区坏死、二次伤害及严重免疫排斥等问题。3D打印技术能在多尺度上控制BTE支架的结构，已被广泛用于制造BTE仿生功能支架。与惰性和功能性骨支架相比，智能支架可以根据外源性和/或内源性刺激产生定制或可控的治疗效果，如促成骨、抗菌、抗肿瘤等功能。鉴于此，湖南大学朱伟/韩晓筱教授团队与新加坡南洋理工大学周琨教授合作，近期在《Advanced Materials》期刊上发表题为“Recent Advances in 3D Printing of Smart Scaffolds for Bone Tissue Engineering and Regeneration”的综述文章，系统总结了3D打印智能支架在骨组织工程应用的最新进展。文章首先概述了骨生理学特点（骨结构，骨愈合过程以及骨缺损修复策略），简要介绍了BTE支架的性能要求及常用的3D打印技术，着重介绍了3D打印智能支架的各类刺激-响应策略、治疗效果及应用（图1），并对智能支架的研发和临床前应用存在的挑战和未来发展方向进行了评述和展望。图1 3D打印的用于骨组织工程与再生的智能支架概述利用骨组织工程（BTE）支架来模拟细胞外基质（ECM）具有挑战性，因为其不仅需要足够的机械和生物性能，还需具备调节细胞动力学、生物活性因子、营养转运和废物清除的功能。传统的惰性骨支架仅提供结构支撑，而不提供所需的生物学功能。例如，1890年首个由象牙和镀镍钢组成的人工膝关节成功植入和1938年首次使用不锈钢制造人工髋关节。材料科学和组织工程的发展促进了第二代功能性支架的开发和应用，即通过将多功能和生物材料固定在支架上，通过调节细胞-支架相互作用达到一定的治疗效果。典型案例包括于1972年开发并商业化的含抗生素的骨水泥材料。此后，通过将生物活性因子或治疗药物载入骨支架中，以增强其生物活性、抗感染特性，甚至消除肿瘤的能力。此外，通过调整BTE支架的表面形貌和纹理，如微观结构、表面粗糙度、润湿性和表面电荷等，具有调节细胞行为、促进组织黏附、促进成骨诱导和骨重塑的潜力。新一代智能支架是在功能支架的基础上提供了刺激-响应的特性。通常以具有刺激-响应能力的智能材料为基础，通过响应外源性或内源性刺激，支架发生结构和/或功能变化，从而实现微创植入、药物控释和模拟ECM动态特性等功能。例如，具有形状记忆效应的智能支架可实现微创递送、自适应填充不规则骨缺损的目的。又如，智能支架可以响应的释放生物分子或药物，或者直接调节宿主组织的反应，提高BTE支架的骨修复和治疗效果（图2）。这些刺激-响应策略使智能支架能够以精确可控、高效和安全的方式最大化治疗效果。本文根据刺激的类型（即外源性和内源性刺激）对3D打印智能支架进行分类讨论（图3）。图2 骨组织工程支架的分类、特性、功能及其应用图3 智能支架分类及其特性外源性刺激是不直接接触支架的身体外部信号，主要包括光、机械力、磁和超声刺激等。在外源性刺激下，3D打印支架中负载的功能纳米粒子产生物理或化学变化，从而赋予BTE支架特定的生物学或治疗效果。例如，光和磁刺激可以诱导BTE支架产热，从而实现形状恢复、药物释放或杀死肿瘤细胞等功能。值得一提的是，合适的温度（高于体温2~4 ℃）也能提高间充质干细胞的成骨分化能力（图4）。具有压电性能的智能支架可以作为ECM产生类似天然组织的生物电信号，并激活电压门控Ca2+通道和增强三磷酸腺苷诱导的肌动蛋白重构，从而诱导间充质干细胞向成骨细胞分化。据报道，5-100 mA的电流能够有效促进骨再生（图5）。光和声刺激还能诱导支架产生对肿瘤细胞和细菌有毒性的活性氧（ROS）。智能支架的外源性刺激-响应策略具有能够通过实时调整刺激强度从而调整所需治疗效果的特性。内源性刺激是直接接触支架的身体内部信号，主要包括体温环境、特殊病理下（糖尿病、骨髓炎和骨肿瘤等）的弱酸性环境、炎症环境中过表达的炎症因子（图6）、过表达的特异性酶（图7）。智能支架对这些内源性刺激产生特异性反应和发生结构转化，包括溶胶-凝胶转化、溶胀和酶水解，从而形状回复或可控的释放药物，并对宿主细胞/组织产生生物效应。这些生物效应包括调控免疫环境下巨噬细胞的表型（促炎至抑炎）从而促进骨修复、或直接杀死细菌或肿瘤细胞起到治疗效果。相比于外源性刺激，智能支架对于内源性刺激的响应更具敏感性和适应性。图4 光刺激响应策略图5 压电刺激响应策略图6 免疫刺激响应策略图7 酶刺激响应策略对智能支架的研究极大地拓展了组织工程和再生医学的视野。伴随着智能支架技术的日益成熟，它有望更好地满足临床上对大段骨缺损修复、骨再生和治疗的需求。然而现阶段智能支架的临床应用仍面临诸多挑战，主要包括：需要针对不同患者的年龄、性别、总体健康状况等因素设计特定功能的支架；需要根据骨缺损的发病机制、部位和大小进行调整治疗策略；需要精准控制外源性和内源性刺激强度/时间等参数，以优化智能支架的响应效果；由于植入支架与骨缺损处微环境之间的潜在相互作用机制尚不清楚，导致智能支架的治疗效果缺乏可重复性和再现性。此外，还需要选择能够更加准确反映解剖、生物力学和生物学特性的大型动物模型进行机制研究、性能评价和安全性验证，为临床转化提供理论依据。论文第一作者为湖南大学机械与运载工程学院博士生袁询，通讯作者为朱伟助理教授和韩晓筱教授。文章得到了国家自然科学基金等项目资助。

▲快速了解摩擦电双模态触觉传感器最新研究成果皮肤通过种类丰富且分布广泛的触觉感受器，对外部环境进行敏锐感知。随着人工智能时代的兴起，具备类似皮肤感知能力的电子触觉系统备受关注，这种系统有望为机器人、假肢和执行器等设备提供真实的触觉感知。传统触觉传感器可以测量压力和温度等信息，但无法获取物体种类和柔软度等其他触觉维度的信息。传统应变传感器在检测物体柔软度时，由于其设计复杂且需要预设位移，这限制了其应用范围。因此，设计一种易于集成的触觉传感器，能够同时提供材料类型、柔软度和杨氏模量等信息，对推动多模态触觉传感器的发展具有重要意义和实际应用价值。近期，香港科技大学（广州）訾云龙教授、夏欣教授和暨南大学杨希娅教授团队合作开发了一种基于摩擦电效应的双模态智能触觉传感器（BITS）。团队深入研究了摩擦电信号与材料柔软度的相关关系，将摩擦电效应电压/接触高度的关系及力学赫兹接触理论结合起来，使用接触高度和接触压力反应材料柔软度，实现材料柔软度和种类的识别并量化模量。该研究为推动类肤触觉传感器在多模态信号检测的应用提供了新的思路。相关工作以“Biomimetic bimodal haptic perception using triboelectric effect”为题发表在学术期刊《Science Advances》上，香港科技大学（广州）博士生何少帅为第一作者，訾云龙教授、夏欣教授和杨希娅教授为共同通讯作者，香港科技大学（广州）为该论文的第一通讯单位。受昆虫钟型感受器结构启发，研究团队将BITS设计成半球顶结构。通过与不同柔软度物体接触时产生的不同电压信号幅度，从而确定接触高度，并结合力学赫兹接触理论和压力传感器，实现了材料柔软度的识别和弹性模量的量化，并利用摩擦电效应提取材料种类信息，借助机器学习算法，实现材料种类和柔软度的高准确度识别。研究团队进一步使用摩方精密面投影微立体光刻（PμSL）3D打印技术（nanoArch®S140，精度：10 μm）将BITS结构微型化，以便集成到电子皮肤中。图1. 仿生双模态智能触觉传感器BITS的示意图。通过实验和有限元模拟，研究团队发现当只有一个BITS时，电压与接触高度之间呈现二次方相关的关系。为了改善这种非线性关系，研究团队进一步引入具有较低高度的电极作为参比电极，从而将电压与接触高度之间的关系转变为线性关系，使得通过BITS能够获得精确可靠的接触高度数据。图2. 开路电压与归一化接触高度之间的关系。团队研究了平面和半球形结构BITS对材料柔软度识别的能力，相比平面结构的BITS，半球形BITS可以区分出材料柔软度。团队在不同条件下（不同接触分离高度、湿度、不同摩擦层材料、不同待测样品及表面电荷密度）对半球形BITS的性能进行了测试，其中电压与接触高度之间的关系在所有条件下均保持线性。此外，BITS能够在长时间连续测试的条件下仍保持信号稳定。图3. 不同条件下BITS性能的稳定性。这种可以测量接触高度的触觉传感器可以提供柔软度信息。研究团队使用该传感器结合压力传感器，模拟了手指靠近-接触物体并区分柔软度的过程。结合摩擦电效应，具有不同摩擦层的传感器对不同材料种类有不同的电压信号，借助机器学习可以实现高准确率的材料种类识别。此外，结合测量的接触高度和接触压力，可以对材料的弹性模量进行量化，作为材料柔软度的指标。图4. 传感器对材料类型、柔软度识别和模量量化。针对传感器尺寸，研究团队进一步使用摩方精密PμSL 3D打印技术制备了具有微米级别尺寸的BITS传感器，并使用图案化方法制备电极，不同尺寸的BITS传感器的电压与接触高度关系均呈现线性，验证了该传感器微型化的潜力，为电子皮肤获取更多维度信息提供了新的方案。图5. 不同尺寸的传感器性能和使用PμSL 3D打印技术打印的传感器结构。该团队利用不同摩擦层的传感器组成阵列，用于采集摩擦电信号进行材料种类和柔软度识别，并量化弹性模量，证明了该传感器在多模态触觉传感领域的应用潜力。图6. 应用 BITS 阵列实现材料类型和柔软度识别。综上所述，研究者受昆虫触角的启发提出了一种触觉感知策略，即利用摩擦电效应识别材料类型并量化物体的杨氏模量。通过进一步改进和技术升级，包括缩小设备尺寸，设计检测电路，集成到电子皮肤中，该传感器有望增强机器人和假肢触觉感知系统，在机器人技术领域广泛应用。

*深圳摩方新材科技有限公司为重庆摩方精密科技股份有限公司全资子公司7月12日发布的《投资家网·2024大湾区新质生产力价值与创新企业榜》中，摩方精密从2100多家报名企业中脱颖而出，成功上榜，成为大湾区新质生产力代表企业。当天，《投资家》主办的“科技赋能 湾区新潮—2024粤港澳大湾区新质生产力投资对接会”在深圳南山举行，主办方现场为上榜企业颁发了奖牌，数百位资深PE/VC、新质生产力产业上市公司高管、专家学者和高净值人群参会。新质生产力具有高科技、高效能、高质量的“三高”特征，催生自技术突破、生产要素创新性配置、产业深度转型升级，是一种符合新发展理念的先进生产力质态，代表先进生产力的演进方向。当前，全球新一轮科技创新和产业变革来袭，与我国加快转变经济发展方式形成历史性交汇。培育、发展新质生产力，是提升产业层次、推动产业结构升级的重要途经。摩方精密所在的工业级精密增材制造领域，融合了机械、材料、软件、电子、设计、计算机视觉、大数据等学科，诞生时间短却极具颠覆性，是近年来制造业迭代的亮点，对高端制造业效率、创新和可持续性产生广泛的影响，有望成为启动制造业产业创新升级的新引擎之一。作为微纳增材制造领军者，自诞生以来，摩方精密坚持自主创新战略，以创新的面投影微立体光刻（PµSL）技术，成为全球最早攻克精密制造的无人区——2/10微米级增材制造兼具高标准公差控制力的企业，填补了高精度增材制造微米级精度的空白，实现了增材制造细分领域“从0到1”的原始创新，并带来了创新的连锁效应：它以颠覆性的技术赋能包括精密医疗、高端分析仪器、新能源、5G、精密电子等前沿制造业领域，为产业应用创新带去能力与效率；它被广泛应用到仿生学、微机械、微流控、超材料、生物医疗、太赫兹、力学等科研领域，推动基础科研实现突破创新，诞生更多“从0到1”。图：摩方精密高精度打印制造的点阵结构（左一）类巴基球结构（左二）仿生微针结构（左三）在这一过程中，摩方精密也成就了自身的“从1到N”——从一家高端精密设备制造及销售企业，成长为技术赋能产业的平台。将一款在世界范围内具有突破性的超薄牙齿贴面从实验室带到全球市场，是其利用独有的精密加工技术，赋能口腔医疗行业，实践产业创新“孵化”的典型案例之一。图：摩方精密给日本牙医现场展示国产牙齿贴面的粘贴过程当前，摩方精密还在利用自身的技术和资金优势，丰富的产业化资源与管理经验，积极主动地承担起从实验室到产业化应用转化的桥梁角色，为众多高校不同学科/产业链提供新的技术和解决方案，协调促进技术与产业链深度融合，推动地方经济高质量发展。自2019年启动全球平台战略以来，摩方精密以开放式创新战略走出国门，与来自全球众多领域的世界500强企业建立合作关系，构建起全球客户网络。截至2024年4月，摩方精密的设备和技术已服务全球35个国家的近2200位客户。其海外设备销售收入占比逐年攀升，2023年达50%以上。据了解，本次《2024大湾区新质生产力价值与创新企业榜》评选，主办方“通过融资、技术、产品、团队、影响力五大维度，对参评企业进行综合评价，配合投资家网WFin数据库对采集数据进行分析，综合评估出符合上榜条件的大湾区新质生产力企业。”关于榜单：“投资家网·中国价值与创新企业系列榜单”是投资家网推出的具有权威性、专业性、影响力的榜单评选。“系列榜单”至今已评选多次，深受业内关注。“投资家网·2024大湾区新质生产力价值与创新企业榜”参评目标，包括粤港澳大湾区范围内的创业公司、上市公司，所属领域含AI、智能制造、新能源、芯片半导体、生物技术、商业航天等。本次榜单，旨在通过深入调研、科学评估，发掘对中国经济具有贡献意义的大湾区新质生产力企业，为中国股权投资及科技赛道提供有价值的参考信息。

随着科技的不断发展，微纳3D打印技术是实现复杂微纳结构器件高精度制备的有效途径，正在逐渐成为多个行业创新发展的驱动力。摩方精密决定面向各行业的3D打印爱好者举办微纳应用案例征集活动，诚邀广大科研工作者、业内用户、创客团队及个人分享微纳3D打印技术的应用案例和3D模型设计。相信你的创新思维和敏锐的洞察力，将为行业的发展注入全新动力!【活动范围】（包括但不限于）专业学科：机械工程，材料科学与工程，仿生科学与工程，新能源科学与工程，通信工程，航空航天工程，光电技术，生物医学科学，艺术设计学……行业领域：汽车，光电，通讯，新能源，精密电子，航空航天，生物医疗，环境保护，芯片半导体，日用消费品……【案例要求】①案例中的3D模型需符合双精度结构特征（即同一模型需同时满足不同精度加工要求，其最高光学精度需满足2μm~25μm，成型尺寸需≤100*100*50mm³）。②案例需立足于实际应用场景，参与者需提供包括案例应用领域、应用场景构想、三维模型设计文件等内容素材③请确保您作品内容的原创性，不涉及泄露国家、商业机密和侵权行为，不得违反国家相关法律法规，不得侵犯他人合法权益。【活动奖品】一等奖：价值3000元礼品、二等奖：价值1500元礼品、三等奖：800元礼品（飞利浦电动牙刷等）、入围奖：500元礼品【参与方式】①案例要求：应用案例说明（应用场景/领域等）、三维模型实体文件（stp等格式）②报名链接：摩方征集活动报名链接③若三维模型实体压缩文件大于300M，请将个人信息（姓名、电话、邮箱及学校/单位等）+应用案例说明+三维模型实体文件发送至邮箱marketing@bmftec.cn 主题为“2024摩方应用案例征集+姓名“。【评审方式】（最终得分按以下权重计算）专家评审团（摩方精密技术专家）80%，网络投票20%【活动时间】报名时间：2024.07.10-09.15评审时间：2024.09.16-10.07颁奖时间：2024.10月底【活动须知】①入选作品将于线上网络公开展示投票，获奖作品将入选摩方精密应用案例库，且用于公开场景的案例展示，包括但不限于线上宣传、线下展会及组织相关活动使用，无须支付版权等任何费用。②参与者在设计作品和参赛过程中如发生侵权行为，均与主办方无关，由参与者自行承担相应法律责任。③摩方精密技术团队将秉承公平公正公开原则认真对待每一个模型的评审。④本次活动的最终解释权为摩方精密所有。

微流控技术已经成为化学、纳米科学和生物医学领域的一个重要工具之一。相较于传统的实验室技术，微流控设备因其结构紧凑、制造成本低、响应速度快以及能够精确控制微环境等独特优势而受到青睐。为了在微流控系统中实现微米级别的精准操作，研究者们开发了多种技术手段，如微夹具、电润湿技术，以及磁光力和声学力等。在这些技术中，声学操控因其无需接触、良好的生物相容性以及对细胞尺度操控的能力而被广泛应用于微流控设备中。在声学微流控设备中，声场通常形成压力场模式，包括节线/反节线位置，并用于翻译和图案化液滴、颗粒和细胞。这些声场可以生成线条、网格和与通道界面相符的衍射模式。然而，产生这些模式的声学方法在生成更复杂的声场或可重构性方面能力有限。虽然可以通过使用微流通道中的微结构通过声学-结构相互作用来捕获微颗粒来生成更复杂的模式，但这些方法需要在该通道内制造和引入额外的结构，并且只能用来创建固定的声场模式。然而，机器人辅助的声学流量控制已被证明具有多功能性，它能够在泵送、微颗粒捕获、液体混合和液滴合并等方面发挥作用。这种方法通过在多轴定向系统中生成可修改空间的毛细管末端微流来实现，尽管它最初是在微流控设备之外的环境中被开发的，但已经明确的是，在微流控平台上开发高分辨率、复杂且可配置的模式对于生物医学应用具有至关重要的意义。基于此，来自墨尔本大学的David J. Collins课题组研发了一个可拆卸的微流控设备，该设备采用微型声学全息图来创建微流控通道中可重构、灵活和高分辨率的声学场，其中引入的固态耦合层使这些全息图易于制造和集成。该研究还展示了如何使用该方法在微流体通道内生成灵活的声场，包括形状、特征以及任意旋转的图案。该研究工作以“Micro-Acoustic Holograms for Detachable Microfluidic Devices”为题，发表在国际著名期刊《Small》上。该研究展示了迄今为止最小的相位调节声学全息图，并利用它在非封闭微通道中产生了设计的声学场。为了实现这一目标，研究团队通过微全息图调制的声波穿过聚二甲基硅氧烷（PDMS）耦合层，进入微流控通道，从而形成了高分辨率的声学模式。其中微型全息图是由摩方精密高精度3D打印系统制备的。团队选择使用固态PDMS耦合层而非液态，是因为其易于集成的特性，可显著简化系统处理，并使得微全息图的耦合、分离和旋转变得简便，进而在流体通道中实现了可重构声学模式的生成。通常，创建复杂声学模式会涉及到使用二进制声学全息图，因为它们的简单性使其易于通过传统的光刻工艺进行制造。但是，这种二进制声学全息图在信息容量上存在限制，这是由于它们基于声学振幅的二值化特性。由于在其他应用中常用的打印分辨率大约在0.1–1 mm，这限制了全息图的分辨率以及可应用的声学频率范围。为了克服这一限制，研究团队决定采用摩方精密面投影微立体光刻（PμSL）技术来制备相位微全息图，从而提高了全息图的分辨率并扩展了可应用的声学频率范围。可拆卸微流控声学全息术是将可拆卸微流控通道和声学全息图相结合的技术，其中由聚二甲基硅氧烷（PDMS）制成的微流控通道通过PDMS耦合层与3D打印的全息图耦合（图1a）。入射声波从换能器沿+z方向传播进入全息图，并发生调制。传播穿过PDMS层后，目标声场在微流控通道中生成（图1b），其中生成的声场通过彩色PDMS微颗粒可视化（图1c，显示Collins生物微系统实验室的标志）。制造的全息微流控设备具有5 mm×5 mm的微流控领域（全息孔径），整体尺寸为13.5 mm×9.5 mm×2 mm，比1元澳币还要小（图1d）。图1. 可拆卸微流体装置的声全息示意图。a) 可拆卸的微流体通道通过 PDMS 耦合层与声全息图耦合。b) 入射声波由全息图调制，然后穿过耦合层并在微流体通道中产生目标声学图案，这些图案由微粒可视化。c) Collins Biomicrosystems Lab 徽标的实验结果，其中插图显示输入图像。d) 制造可拆卸的全息微流体装置。比例尺为 1 毫米。微流控通道设计为可轻松拆卸和重复使用，并可放置在与全息图成一定角度的位置。因此，可以在微流控通道中切换不同的声场模式，或者通过适当定位和旋转通道中的模式来实现声场的多样化。图2. 拆卸全息微流控装置的原理。a）由全息图调制的入射声波穿过PDMS耦合层并在微流体通道中产生声学图案，其中微粒通过声学力形成图案。b）没有PDMS耦合层的3D打印微全息图，全息图的孔径为5×5 mm。比例尺为 1 mm。c) 微全息图的氦离子显微镜图像。比例尺为 100 µm。图3. 可分离的全息微流控设备的设计与实物。a) 实验室徽标的二值图像作为目标图像输入，并计算为b) 相位图。c) 包括相位信息的全息模型被3D打印并填充PDMS。d) PDMS固化后，e) 将微流控通道放置其上。f) 将微颗粒注入微流控通道，其中入射声波由全息图调制并穿过PDMS耦合层以图案化微颗粒。g) 实验图像显示，获得的微颗粒图案与h) 模拟结果相对应。图4. 微流控设备中的全息图案生成，a) 字母“UoM”（代表墨尔本大学）。b–d) 旋转声学条纹，其中微流控通道和全息图可以倾斜以使用相同的全息图产生不同配置的声学场，刻度尺为1毫米。图5. 耦合层厚度（HPDMS）和流体域厚度（Hfluid）对图像质量的影响。a)Hfluid= 130 μm时HPDMS与PSNR的关系，其中PSNR表示图像质量。b) 改变Hfluid的结果，其中HPDMS= 2000 μm。图6. 在水凝胶中模式化不同类型的颗粒。a) 含有蓝色颗粒的水凝胶（制备方法见实验部分）被注入微流控通道中，b) 使用全息声学场进行模式化。c) 通过UV曝光局部固化水凝胶。d) 含有绿色颗粒的水凝胶被注入未固化的区域。然后绿色颗粒被e)模式化和f)暴露。g) 含有不同类型颗粒的固化水凝胶。h–j) 分别对应于(c,d,g)的实验结果。实验使用蓝色和绿色PDMS颗粒进行，其中绿色颗粒被数字重新着色为红色以提高可视化效果。声学全息术拥有生成定制声场的独特能力，先前的实验已经展示了其对粒子和组织细胞进行精确操控的能力，以用于制造工程化的组织和材料。然而，传统的声学全息术实现大多在开放的空气室或容器中进行，所生成的声学目标场尺寸通常仅能达到厘米级别。本研究展示了基于微通道的致动生成声学全息图，从而发挥了封闭通道在液体处理和控制方面的优势。由于在之前的设置中采用了浸没式换能器，导致在不同声学全息图之间切换过程变得复杂。为了简化这一过程，研究团队开发了一种使用微声学全息图的可拆卸全息微流体设备。换能器耦合的声波通过3D打印的全息图进行调制，从而在微流体通道中生成高分辨率的声学模式。这些通道可以与微全息图进行耦合、拆卸和旋转，以实现可重构声学模式的生成。与使用液体耦合的声学全息图相比，采用固态PDMS耦合层代替的声学全息图，可使得与微流体通道的集成更为便捷。研究团队在微通道中展示了这一方法，能够生成线条、形状和字符，从而证明了在微流体设备尺寸范围内生成声学全息图的可能性。

中南大学湘雅医院皮肤科、芙蓉实验室、中南大学机电工程学院等研究团队在《Nano Letters》（IF=9.6）期刊上在线发表题为“Cavitation-on-a-Chip Enabled Size-Specific Liposomal Drugs for Selective Pharmacokinetics and Pharmacodynamics”的原创性论著。该研究发明了一种可控微流控声空化（Controllable cavitation-on-a-chip, CCC）策略，该方法有助于在不改变流率比（FRR）的条件下精确调节脂质体药物的粒径分布。该方法制备的不同粒径分布的脂质体药物在荷瘤动物和黑色素瘤患者衍生的类器官模型中，均表现出差异性的药物分布和抗肿瘤功效，揭示了该方法在调节药效学和药代动力学方面具有巨大的应用潜力。作者提出了一种微流控声空化芯片及其制备不同粒径脂质体的方法。作者使用摩方精密面投影微立体光刻（PμSL）高精度3D打印技术（nanoArch® S140，精度：10μm）制作了微流控混合芯片，并通过仿真计算设计了超声换能器，最终将微流控混合芯片和超声换能器装配成了微流控声空化芯片。该微流控声空化芯片可以在不改变缓冲液和脂质溶液的流率比的条件下，使用可控的声空化效应在脂质体的合成过程中对脂质体的粒径进行直接调控。

弹性体因其柔韧性和弹性广泛应用于汽车、建筑和消费品等行业，并在微流体、软机器人、可穿戴电子设备和医疗设备等新兴领域逐渐受到重视。机械强度是所有应用的基本要求，因此如何兼顾柔软性和强度一直是研究的重点。天然蜘蛛丝因其超强强度为合成软材料提供了灵感，尽管其独特的超级结构（β片）难以复制，但分层结构设计为增强弹性体机械强度提供了思路。然而，这些设计原理不能直接应用于需要快速光固化的数字光处理（DLP）三维打印。光敏树脂通常含有大量的多功能丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯，限制了分子设计的自由度，并导致网络不均匀和残余应力，从而影响机械性能。在此，浙江大学谢涛教授、吴晶军副研究员报告了一种用于三维光打印的树脂化学成分，制成的弹性体具有94.6 MPa的拉伸强度和310.4 MJ/m3的韧性，均远超现有的任何三维打印弹性体。其机理在于打印聚合物中的动态共价键允许网络拓扑重组，有助于形成分层氢键（特别是酰胺氢键）、微相分离和互穿结构，从而协同提升机械性能。此工作为使用三维打印技术进行大规模制造带来了光明的前景。相关成果以“3D printable elastomers with exceptional strength and toughness”为题发表在《Nature》上，第一作者为方子正。本研究重点是通过化学设计一种包含动态受阻脲和悬垂羧酸基团的二甲基丙烯酸酯DLP前体（图1a），该前体合成分为三个步骤。首先，低聚聚四氢呋喃二醇与甲苯-2,4-二异氰酸酯反应，生成异氰酸酯端基。然后，这些端基与二羟甲基丁酸反应，生成带有悬垂羧酸基团的预聚物。最后，预聚物与2-（叔丁氨基）甲基丙烯酸乙酯反应形成DLP前体，平均分子量约为4700 g mol-1。为实现光固化，DLP前体与溶剂和光引发剂混合，通过光聚合形成聚合物网络并去除溶剂。在90°C下后固化时，网络发生拓扑变化，形成互穿结构，提高了机械性能（图1b）。通过模型化合物实验，作者使用含受阻脲和羧酸基团的小分子验证了反应（图1c），并通过1H NMR分析监测了其在90°C下的反应动力学（图1d），发现受阻脲和羧酸逐渐生成酰胺键和脲键，副产物为CO2。通过计算受阻脲和酰胺的转化率，发现6小时后脲和酰胺的比例约为0.5（图1e）。图1：3D光打印弹性体的化学设计作者研究了网络重构对机械性能的影响。光固化的原始样品表现出适度的机械性能（模量3.8MPa，拉伸强度10.1 ± 1.3MPa，断裂应变372 ± 32%）（图2a），与许多商用3D打印弹性体相似。热后固化显著提高了性能，6小时后达到最佳，模量26.1 ± 2.7MPa，拉伸强度94.6 ± 2.8MPa，断裂应变909 ± 11%，拉伸韧性310.4 ± 7.4 MJ m−3（图2b）。这种超高强度和韧性的结合在3D打印材料中非常罕见。样品在拉伸700%时显示出应力变白现象（图2d），表明应变诱导结晶。WAXD和SAXS分析显示热后固化增强了微相分离（图2f-h），氢键总程度从75.9%增加到88.4%。二维相关光谱分析（2D-COS）进一步说明了氢键的热灵敏度（图2j）。合成的两种类似DLP前体的比较（图2k）表明，互穿结构和分层氢键的结合是实现优异机械性能的关键。图 2：弹性体的机械性能以及潜在的强化和增韧机制弹性体在拉伸至100%应变后，卸载会立即恢复到20%应变，5分钟后残余应变低于1%（图3a），显示出极佳的弹性，且第二次加载-卸载曲线与第一次几乎重合（图3b）。循环加载-卸载测试表明该弹性体在超过40MPa的高拉伸应力下依然具有稳健的弹性。缺口样品可拉伸526%，最大应力为20.9MPa，断裂能为46.6 kJ m-2（图3c），并且在拉伸过程中裂纹几乎不扩展（图3d）。双折射图像显示应力分布均匀，有助于其抗缺口性（图3e）。撕裂测试表明样品宽度增加时，撕裂力和撕裂能量显著提升（图3f）。此外，厚度为0.8mm的薄膜能抵抗74.4N的针刺力（图3g）。图3：弹性和机械性能乙二醇二乙酸酯溶剂中DLP前体的浓度影响打印参数，如粘度和固化动力学，选择50%浓度可在5秒内达到93%的高平衡凝胶化。光固化样品去除溶剂前模量为0.51MPa，断裂应变为328%，满足打印要求，可打印复杂结构。去除溶剂和固化后，仅表现出均匀收缩，无几何变形（图4a）。溶剂挥发性低，露天存放2周质量无变化，低毒性和低挥发性使回收溶剂用于商业打印成为可能。不同印刷硬件可减少溶剂用量，加热功能显著减少溶剂需求。三维打印气球具高伸展性和强度，充气2.5倍后能承受约40N的针头机械“折磨”（图4b，c），气动软致动器可承受高压空气举重物（图4d），高压充气情况下抓住带尖刺铜球（图4e）。图4：强韧弹性体的DLP打印作者通过三维打印超强、超韧材料，展示了其在极端恶劣条件下的广泛应用，并且这种打印前驱体由易得试剂通过简单步骤合成，确保了低成本。尽管设计高性能聚合物有其他既定原则，但由于光打印要求严格，这些原则在三维打印中难以直接应用。然而，它们为未来开发高性能三维打印材料提供了有用提示。总之，本研究表明，三维打印不必牺牲机械性能，这为其未来商业应用扫清了障碍。

脂质体作为最有前景的药物载体之一，可以改变药物的药代动力学特性，延长药物的循环时间，减少药物的毒副作用，已被广泛应用于抗肿瘤药物递送、基因治疗、医学成像等领域。值得注意的是，脂质体的粒径对于脂质体在体内的血液循环、细胞摄取和组织渗透等方面都发挥着重要作用，因此，对脂质体药物的药效学和药代动力学产生重要的影响。目前，常见的脂质体制备方法包括薄膜水化法、逆向蒸发法、乙醇注入法等，这些方法都难以在脂质体形成的过程中对脂质体的粒径进行直接的调控。传统的后处理方法，如脂质体挤出和超声振荡，虽然可以减小脂质体的粒径，但存在着耗时久、效率低、重复性差等缺点。微流控法可以在脂质体形成的过程中，通过调节缓冲液和脂质溶液的流率比来对脂质体的粒径进行直接的调控，但是，这种方法无疑会改变脂质体的浓度，进而对脂质体的包封效率、稳定性产生影响。因此，开发出一种能够在不改变流率比的条件下对脂质体进行精准的粒径调控方法对于促进脂质体生产及应用研究具有重大意义。近期，中南大学湘雅医院皮肤科、芙蓉实验室、中南大学机电工程学院等研究团队在《Nano Letters》（IF=9.6）期刊上在线发表题为“Cavitation-on-a-Chip Enabled Size-Specific Liposomal Drugs for Selective Pharmacokinetics and Pharmacodynamics”的原创性论著。该研究发明了一种可控微流控声空化（Controllable cavitation-on-a-chip, CCC）策略，该方法有助于在不改变流率比（FRR）的条件下精确调节脂质体药物的粒径分布。该方法制备的不同粒径分布的脂质体药物在荷瘤动物和黑色素瘤患者衍生的类器官模型中，均表现出差异性的药物分布和抗肿瘤功效，揭示了该方法在调节药效学和药代动力学方面具有巨大的应用潜力。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。20级博士研究生单晗和22级博士研究生俞念舟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为该论文共同通讯作者。首先，作者提出了一种微流控声空化芯片及其制备不同粒径脂质体的方法。作者使用摩方精密面投影微立体光刻（PμSL）高精度3D打印技术（nanoArch®S140，精度：10μm）制作了微流控混合芯片，并通过仿真计算设计了超声换能器，最终将微流控混合芯片和超声换能器装配成了微流控声空化芯片。该微流控声空化芯片可以在不改变缓冲液和脂质溶液的流率比的条件下，使用可控的声空化效应在脂质体的合成过程中对脂质体的粒径进行直接调控。图1 微流控声空化器件及其调控脂质体粒径测试然后，作者使用微流控声空化芯片合成了多种不同类型的脂质体药物，结果显示，使用微流控声空化芯片可以在低流率比的条件下合成粒径更小、包封率更高、尺寸更加均一的脂质体。图2 微流控声空化器件合成不同粒径载药脂质体作者进一步使用合成的不同粒径载药脂质体进行了细胞摄取、小动物光声成像、小动物活体荧光成像研究。结果表明，不同粒径分布的脂质体具有明显差异性的细胞摄取和体内分布。有趣的是，相比于大粒径的ICG脂质体，小粒径的ICG脂质体在肿瘤部位和肾脏部位具有更明显的富集。图3 细胞摄取、小动物活体光声成像、小动物活体荧光成像实验接着，作者在小鼠黑色素瘤（B16-F10）模型和乳腺癌（4T1）模型进行了肿瘤治疗实验。结果表明，相比于大粒径的脂质体药物，由于小粒径的脂质体药物具有更明显的肿瘤富集效率，因此呈现出了更显著的抗肿瘤效果。图4 小鼠黑色素瘤（B16-F10）模型和乳腺癌（4T1）模型实验图5 不同粒径脂质体药物肿瘤类器官实验最后，作者利用患者来源肿瘤类器官进行了粒径特异性脂质体药物的类器官摄取和毒性实验。结果表明，小粒径的脂质体可以更容易被肿瘤类器官摄取。此外，包封抗肿瘤药物的小粒径脂质体对肿瘤类器官的生长具有更明显的抑制作用。与其他用于合成脂质体的微流控混合芯片相比，本工作提出的微流控声空化芯片能够在不改变流率比和微通道结构的条件下对脂质体进行精准的粒径调控。另外，利用微流控声空化芯片可以快速地制备不同粒径的脂质体，能够满足生物医药领域对脂质体药物粒径分布的多样化需求。

在当今医疗技术迅速发展的背景下，人们对视网膜血管健康的关注日益提升，因为这对保持健康视力非常重要。例如，高血压性视网膜病、视网膜血管阻塞和糖尿病视网膜病等视网膜血管病变，都可导致视力丧失。而且，视网膜血管系统的变化更是被证明可以预测可能诱发的多种疾病。因此，准确地映射视网膜血管系统已成为眼科诊断的一个关键目标。针对这一需求，眼科医疗器械领域开发了多种检查视网膜血管的技术，包括眼底相机、荧光素血管造影(FA)和光学相干断层扫描血管成像(OCTA)等。然而，这些技术的校准和性能评估缺乏能够模拟人眼视网膜关键特性的适当模体。因此，中国计量科学研究院胡志雄课题组开发了一种基于3D打印模具的软光刻和旋转涂层技术，快速、高分辨率且经济地制造了一个多血管网络和多层结构的微流控视网膜模体。这种视网膜模体不仅具有与人眼相应的物理尺寸和适当的光学属性，而且已通过OCTA系统和商用共焦视网膜眼底镜的测试，证明了其作为测试设备的可行性。在这项工作中，研究团队特别设计了基于微流控技术的视网膜模体。该模体包含表层血管复合体(SVC)和深层血管复合体(DVC)的多血管网络，以及十一层具有不同厚度及散射特性的层状结构以模拟真实视网膜的结构。每个血管网络分布在不同的视网膜层内，并具有不同的血管宽度和血管形态。这种设计模拟了真实视网膜的复杂血管系统，能够为视网膜成像技术提供精确的校准平台。图1. 血管网络的设计。(a)表层血管复合体(SVC)的设计；(b) 深层血管复合体(DVC)血管网络的设计。图2. 成功脱模的PDMS模体。(a)表层血管复合体(SVC)模体；（b）深层血管复合体(DVC)血管网络PDMS模体。图3. 视网膜模体。(a)培养皿中的视网膜模体；（b）被灌注红色墨水后的视网膜模体。图4. 模型眼视网膜幻影的光学相干断层扫描（OCT）和光学相干断层扫描血管成像（OCTA）三维图像。(a)OCT三维结构成像；（b）OCTA三维结构成像。图5. 模型眼视网膜幻影的OCT和OCTA横断面图像。(a)视网膜模体的OCTA 俯视血管网络图像；（b-c）在（a）蓝色虚线位置的OCT和OCTA的B超图像。为了模拟人眼视网膜的光学特性，该模体采用不同浓度二氧化钛纳米粉末的聚二甲基硅氧烷（PDMS）为原材料进行制作。视网膜模体的设计十分复杂，对制作工艺具有较高的要求。传统的加工方式通常采用基于光刻技术的硅晶片模具进行微流控模体的制作，但基于光刻技术的硅晶片模体的制作需要特殊的洁净实验室、复杂及昂贵的加工设备、且需要较长的制作时间。所以，该团队选择采用摩方精密nanoArch® S140(精度：10μm)3D打印设备制造出模具后，再对其进行翻模，制造出简单、快速且低成本的软光刻模具。此外，团队还采用了特定的后处理方法，有效避免了由于3D打印模具中磷酸盐基光引发剂的残留而导致的PDMS固化抑制问题，完美实现了高精度复杂的3D打印模具的层状结构PDMS模体的脱模。本研究的结果表明，基于3D打印制造的视网膜模体可模拟人类视网膜的结构特征和血管网络以用于OCTA等视网膜血管检测设备的性能评估。未来，这种基于3D打印制造微流控模体的技术有望降低高精度微流控芯片的制造成本，促进高精度微流控芯片的广泛使用。

具有交错层状微纳结构的海螺壳以良好的吸能特性而闻名。其内部独特的软-硬界面可在保证有效能量吸收的同时合理调控生成裂纹的走向，提高了整体破坏的能量吸收阈值。受此启发，香港城市大学机械工程系的陆洋教授提出了一种独特的机械超材料结构设计长程周期性概念：即在保留整体结构周期性的基础上引入了局域特殊性，从而同时实现机械超材料在受力变形过程中剪切带均匀分布与尺寸缩减的目的。此外，基本单元节点异质性带来的约束梯度能够实现超材料内部破坏位置与顺序的有效调控。通过利用摩方精密面投影微立体光刻（PμSL）3D打印技术（nanoArch® P130, S140超高精度3D打印系统），实现了仿生机械超材料单元在微米尺度的高分辨制备。

亮点抢先看：①摩方精密以超高精密微纳3D打印技术助力IPFL(The Plastic Machining, Fabrication & 3D Specialists），并成功制造出复杂的微流控三维结构。②微纳3D打印技术为IPFL在制药测试产品中的微流体通道制造，提供了全新的解决方案。③IPFL微流控芯片实现批量化生产，从而显著降低了制药测试对动物的使用，甚至有望在未来完全替代动物实验。药物筛选芯片（浓度梯度），图片来源于IPFL利用摩方精密面投影微立体光刻（PµSL）技术，IPFL成功实现了对精细结构的3D打印，这些结构的尺寸小至40μm，其整体分辨率最高能达到2μm。这项技术的能力足以精细塑造那些肉眼几乎无法看到的微小特征结构，展现了其惊人的精细加工和公差控制实力。摩方精密的微纳3D打印技术，以其2μm的超高分辨率，为制药测试和产品开发领域带来了创新的突破，特别是在微流体通道的制造方面。这项技术被广泛应用于制造包括器官芯片、人体芯片以及实验室芯片在内的各类设备，这些设备能够精确模拟人体组织的重要特性，为药物开发提供了一个高度仿真的实验平台。最近，来自爱丁堡大学的科学家们利用这一技术，设计并成功制备了一款先进的人体芯片设备。这种设备不仅能够模拟药物在人体内的循环过程，还具备了一个极为精密的微型循环系统，这无疑为药物测试技术的发展提供了新的动力。微纳3D打印的测试产品，图片来源于IPFL借助微纳3D打印技术的强大能力，IPFL实现了芯片的规模化生产。这一进展不仅大幅降低了动物使用率，还有可能在未来完全替代动物实验，为科学研究和药物开发带来巨大改变。在塑料行业深耕多年的IPFL，其丰富的经验和深厚的专业知识在制药领域的微流控技术方面发挥了独特的作用。此外，IPFL还提供扩散焊接服务，可利用精确的温度和压力控制，将先进的聚合物，如丙烯酸、COC（环状烯烃共聚物）和聚醚酰亚胺，实现分子层面上的完美融合。在微流控通道的生产过程中，传统的3D打印和粘合技术常常遭遇污染和损害的困扰，这些问题会对通道的完整性和准确性产生不利影响。但是，微纳3D打印技术工艺不仅克服了这些难题，还能够制造出更清晰、更纯净且更持久的微流控系统。这一突破性进展为科学研究带来了至关重要的精确性和可重复性，从而为科研和工业领域奠定了坚实的基石。Adam Bloomfield，IPFL的增材制造部门经理，强调了这样一种独特的结合：高精度的微纳制造工艺与尖端的粘合技术。他解释道，正是这种结合赋予了IPFL在微流控设备制造领域的领先地位，并使其能够随时响应制药和生物医学行业不断变化的需求。IPFL对创新和质量的持续追求，不仅确保了其为客户提供卓越的微加工解决方案，使其始终保持在行业前沿，而且还推动了医学研究和诊断技术的无限潜力。

微流控 ( microfluidics ) 是一种以在微纳米尺度空间中对流体进行精确操控为主要特征的科学技术，具有将生物、化学等实验室的基本功能诸如样品制备、反应、分离和检测等微缩到一个几平方厘米芯片上的能力，其基本特征和最大优势是多种单元技术在整体可控的微小平台上灵活组合、规模集成。该技术通过对流量的控制，实现化学分析、药物筛选、细胞培养、基因检测等多种功能，在时间和空间上为实验机构研究分子浓度控制带来了全新的技术解决方案。微流控的两项主要应用为POCT和生物制药科研（包括测序、基因组学和蛋白质组学）。根据Nova One Advisor报告，2023年全球微流控产品市场规模达到321.7亿美元，2024至2033年期间的年复合增长率可达12.24%，预计2033年将达到1020.8亿美元。同时，微流控设备的市场规模在2024~2033年，年复合增长率为12.56%。可以预见，微流控芯片技术将在生物医药的科研与实际应用中发挥巨大作用。现阶段，微流控技术主要应用在即时检验和生物制药、生命科学研究等领域。随着微纳3D打印技术的迭代发展，其可快速将模型数据形成实物，具有简化步骤，缩短论证时间和开发周期等优势，为微流控技术研发提供了更广阔的创新空间。细胞外纳米载体（包括细胞外囊泡（EVs）、脂蛋白和核糖核酸蛋白）在蛋白质和核酸的细胞间通讯中发挥媒介作用，并且作为独特的循环生物标志物在临床上具有适用性。然而，由于纳米载体在大小和密度上的重叠，使得迄今为止难以有效地进行物理分离，这进而阻碍了对下游分子的分析。基于此，来自美国圣母大学的Hsueh-Chia Chang教授团队研发了一种无偏差、高通量和高产量的连续等电位分离纳米载体分离技术。该技术基于它们独特的等电点。这个纳米载体分离平台通过在双极膜上进行水的分解提供了一个强大且可调节的线性pH剖面，并通过流动稳定化，而无需使用两性电解质。图1. CIF微流控芯片的设计和操作。虽然研究团队已经针对关键纳米载体在干扰缓冲液中校准了pH流出范围，但纳米载体的等电点可能在血浆和其他生理液体中发生变化。为了考虑等电点的变化并实现精细分离，需要进行繁琐的调整，从pH梯度芯片中选择所需的pH范围，然后进行视觉检查和与pH参考表的比较。为了减少驱动的偏差并提高设备重复性，研究团队开发了一种自动CIF分析器。这是一种利用机器学习的平台，能够实现自动化的pH检测，可以针对不同的生理流体和纳米载体进行重新校准。该分析器的工作流程由两个主要模块组成：图像分割模块和pH检测模块。图像分割模块通过机器学习技术来识别ROI，而pH检测模块则通过应用专门开发的校准曲线，为ROI内的每个像素分配pH值，从而创建出ROI的空间pH分布图。研究团队采用摩方精密面投影微立体光刻（PμSL）高精度3D打印技术制作出CIF微流控平台。优化后的技术具有0.3 ΔpI的分辨率，足以分离所有纳米载体甚至纳米载体的亚类。然后使用包括血浆、尿液和唾液样本在内的几种生物流体对其性能进行评估。在30分钟内，从各种生物流体的0.75 mL样本中实现了全面、高纯度（血浆：>93%，尿液：>95%和唾液：>97%）、高产率（血浆：>78%，尿液：>87%和唾液：>96%）和无探针的核糖核酸蛋白分离，明显超越了那些产量较低且需要较长时间的高偏差黄金标准。EVs和不同脂蛋白的二元分离也实现了类似的性能。图2. 基于机器学习的自动CIF分析器，用于提高pH判断和实验可调性。该研究为利用3D打印微流控芯片进行疾病监控提供了全新视角。该研究工作以“A Scalable High-Throughput Isoelectric Fractionation Platform for Extracellular Nanocarriers: Comprehensive and Bias-Free Isolation of Ribonucleoproteins from Plasma, Urine, and Saliva”为题，发表在国际著名期刊《ACS Nano》上。

导电水凝胶材料在可穿戴传感应用中得到了广泛的研究，因为它们具有良好的电导性、生物相容性以及接近人体皮肤的弹性模量等优势。基于水凝胶的可穿戴应变传感器由于其在实时健康监测和运动检测中的应用前景广阔，最近引起了人们的极大兴趣。然而，在水凝胶系统中同时实现综合的高拉伸性、自粘性和长期保水性能仍然是一个巨大的挑战，这限制了它们在可穿戴电子产品中的应用。近期，南洋理工大学王一凡教授团队针对于可穿戴水凝胶传感器的力学性能，黏附性能，保水性能以及生物相容性能难以兼顾的问题，通过引入蚕丝蛋白，设计了一种可光固化3D打印的聚丙烯酰胺/聚丙烯酸水凝胶体系，具有高机械强度，可调粘附性能，优异的保水性能，以及具有良好的生物相容性能，从而实现实现其对运动信号的实时、高效监测与识别。该文章系统性研究了不同单元含量对于水凝胶力学性能，粘附性能的影响，并系统性解释了其影响机理；系统性阐述水凝胶的粘附机理，同时揭示了不同表面微观结构对粘附性能的影响；解释了水凝胶保水性的意义以及对长期使用性能的影响；阐释了水凝胶高机械强度，高粘附性能，优异的保水性能，生物相容性能对其传感灵敏性、稳定性与可靠性的作用机理。该研究为利用3D打印多功能水凝胶开发可穿戴应变传感器进行运动与健康检测提供了全新视角。该研究工作以“3D Printed Silk Fibroin-Based Hydrogels with Tunable Adhesion and Stretchability for Wearable Sensing”为题，发表在国际著名期刊《Advanced Functional Materials》上。新加坡南洋理工大学王一凡教授（Nanyang Assistant Professor）为论文的通讯作者，博士生吴坤霖为论文的第一作者。图1. 介绍了DLP 打印SF-PAAm/PAAc水凝胶的材料，打印方法，以及打印样品。图2. 介绍了DLP 打印SF-PAAm/PAAc水凝胶的力学性能。图3. 介绍了DLP打印SF-PAAm/PAAc水凝胶的粘附性能。图4. 介绍了DLP打印的 SF-PAAm/PAAc 水凝胶传感器的传感能力。图5. 介绍了DLP打印的10通道水凝胶系统对PIP和MCP关节的信号采集。图6. 介绍了打印的10通道水凝胶系统对不同数字手势下PIP和MCP关节的信号采集。

【科研突破】在复杂环境下，如何高效处理混合液和低表面能液滴，一直是能源、环境和健康领域的难题。但近日，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，受到自然界中鱼刺和水稻叶表面的启发，创新性地利用摩方精密面投影微立体光刻（PμSL）高精密3D打印技术，制备出了一种多仿生槽锥刺结构（BGCS）。这种结构能够在水下、空气以及跨气-液两相界面上，实现超快、连续传输油滴的功能，最高运输速度可达70.2 mm/s，是传统圆锥形结构的9倍！这项研究，不仅解决了水下微油滴收集的难题，也为生物分析、污染治理等领域提供了全新的解决方案。这项技术有望引领能源、环境和健康领域的技术革新，让我们共同期待更多突破性成果！

当微纳3D打印应用于艺术展览创造中，会产生怎样的化学反应？近期， “微缩版诺亚方舟登月”的艺术展览在日本相模原市立博物馆展出。这一展览由摩方精密（日本）赞助，日本多摩美术大学和日本国家宇宙航空机构（JAXA）联合推出。展览现场，来自日本多摩美术大学大学院的布展者为观众用艺术化的手法呈现了一出颇具想象力的场景：火箭发射升空，一艘载满地球生物基因和微型生物雕塑的“诺亚方舟”登陆月球，微型雕塑从诺亚方舟弹出，散落在月球表面，一场别开生面的地球微型生物雕塑展在月球上举办。字幕显示，“随着动物的DNA被注入到每个微型生物雕塑中，在未来的某个时刻，地球生物灭绝，地球的生物基因得以在月球继续保存。”展览中出现的各种微型地球动物模型，均是用摩方精密高精度3D打印制作而成，不仅体积小，超高的制作精度让模型细节也极为精美，雕塑形象栩栩如生。其中最小的模型仅有一根头发丝直径大小，为此，展览现场专门设置了放大镜供参观者观看细节。作为全球领先的微纳3D打印技术及精密加工能力解决方案提供商，摩方精密不仅能跨行业赋能包括医疗、电子、新能源、AI等各领域的创新型企业的研发迭代、创新制造，还能帮助基础研究、科研院所实现突破性的设计制造。截至2024年4月，摩方精密的技术和设备已广泛服务来自全球35个国家的近2200家工业企业和科研院所客户。2019年，摩方精密在日本设立子公司，并将高端精密制造设备出口到日本，让日本这个传统精密制造强国领略到“中国创造”的实力，一度引发日本主流媒体的关注。当前，摩方精密在日本客户突破350家，包括日本电子连接器、医疗器械等的世界500强企业和顶级高校、科研院所。日本JAXA也在积极探索将摩方精密3D打印技术融入其航空航天产品研制过程，此次展览所在地旁边即是JAXA 宇宙科学研究所。此外，摩方精密制造的高精度牙齿贴面产品，已在日本启动前期销售准备工作。此次“微缩版诺亚方舟登月”的艺术展览，摩方精密充分发挥了全球罕见的高精度3D打印的优势，在艺术领域完成了一次探索，帮助多摩美术大学的艺术家们将天马行空的想象以具象化的方式呈现，辅助完成这一展览。该艺术展览已于6月16日开展，将持续到7月17日，欢迎大家前来参观！

当前，在全球范围内科技与产业革新的浪潮中，信息光电子、激光加工、激光全息、光电传感等技术正在快速发展。光电产业与能源、信息、医疗等领域的结合和渗透也在加速，推动着新技术、新产品和新商业模式的不断涌现，全球光电产业的竞争格局经历重大重塑。据Market Research Future预测，到2032年，光电市场的规模将从2024年的381.9亿美元增长至845亿美元。预计在2024至2032年期间，该市场的年复合增长率为10.44%，其中光电子在多个不同领域的应用增加以及红外元件利用率的提高是促进市场增长的关键市场驱动力。随着光电子技术的进步和规模化生产，社会生产对光电子相关器件的需求日益增加，互联网与光电产业深度融合。作为高新技术产业基础的光电元件，正快速朝着微型化、精密化、轻薄化以及集成化的方向发展。然而，由于其发展历程相对较短，仍面临诸多挑战和问题需要逐步解决。其中，高能射线成像是一种利用高能射线（如X射线、伽马射线等）进行成像的技术，主要用于医学、工业检测、安全检查和科学研究等领域。但该技术受到的主要限制因素在于厚层闪烁体材料内部存在的自吸收和散射现象。近年来，钙钛矿纳米闪烁体已直接集成到电荷耦合器件中以实现X射线成像。然而，为了有效吸收高能射线，钙钛矿闪烁体层必须达到毫米至厘米的厚度。但由于横向光子散射和固有的自吸收，毫米厚度的钙钛矿闪烁体的光穿透和空间分辨率仍将受到限制。基于此，新加坡国立大学（NUS）化学系的刘小钢教授研究团队开发了一种用于提高射线成像性能的像素化双锥形光纤阵列。该阵列通过双锥面设计可以有效地吸收传递闪烁体层激发的光子，降低闪烁体材料内部的散射和自吸收，从而有效提高射线成像的空间分辨率和成像性能。相关成果以“A double-tapered fibre array for pixel-dense gamma-ray imaging”为题，发表在《Nature Photonics》期刊上。光纤可以增强光耦合，执行光信号传输，并实现具有低损耗接口的光子集成电路。此外，理论研究表明，锥形或双锥形光纤可以通过促进倏逝波在锥形区域的基模上的传播来充当高功率放大器。在这里，研究人员扩展了理论分析，并通过实验验证了使用柔性双锥形光纤阵列和钙钛矿纳米晶闪烁体实现高灵敏度伽马射线成像的可能性。图1. 用于定向光收集的透明双锥形光纤阵列的结构特性研究人员对光收集特性进行了表征，并优化了锥形光纤的几何形状，以最大限度地提高光收集效率和传输效率。研究团队通过成型和层压聚氨酯和有机硅弹性体制造双锥形纤维阵列，首先采用摩方精密面投影微立体光刻（PμSL）3D打印技术制作出光纤阵列模具(nanoArch® S130，精度：2μm)，并结合PDMS翻模技术得到双锥形纤维阵列。钙钛矿纳米晶充当闪烁体，通过测量其激发光谱对钙钛矿纳米晶进行表征，其表示作为波长的函数的相对发光强度。钙钛矿闪烁体表现出相对较小的斯托克斯位移和较高的量子产率，导致发射光子的大量重吸收。图2. 用于光子回收和高分辨率X射线成像的双锥形光纤阵列的光学特性双锥形光纤阵列系统的一个关键特征是它适用于发光穿透深度不足的所有情况，例如，具有上转换材料的近红外探测器、具有钙钛矿闪烁体的X射线或伽马射线探测器以及电激发发光二极管。通过将光纤阵列和钙钛矿纳米晶相结合，在实验中实现了输出信号增加了三倍，并通过4 mm厚的闪烁体层实现了6 MeV和10 MeV的伽马射线成像。伽马射线成像对于测量放射治疗、医学诊断和工业三维伽马射线断层扫描期间的皮肤剂量非常重要，因为这需要深度穿透。鉴于双锥形光纤阵列与硅技术的兼容性以及材料的可延展性，有望被大规模生产用于制造超灵敏光子探测器和用于高能辐射的大面积柔性成像设备，在仿复眼学、光场成像、生物分子传感、光学放大器以及发光二极管等领域也有着潜在应用。

液体在固体表面的定向传输对许多应用都至关重要，例如生物医学检测、水收集、海水淡化、传热传质等。自然界中的定向传输现象为液体在表界面传输提供了丰富的解决方案。例如，仙人掌将收集的雾汽从刺尖输送到根部；蜘蛛丝将捕获的雾汽从周期性纺锤结输送到关节；蜥蜴通过相互连接的毛细通道将水输送到鼻子；翼状猪笼草利用多尺度结构从唇内边缘向外边缘定向输送花蜜；南洋杉叶利用毛细锯齿效应沿固定方向输送特定液体。然而，科学家们在这些生物体系中发现，液体传输都具有相同的模式，即一种液体只能沿着固定的方向定向传输。这不禁令我们好奇，自然界是否还存在其他的液体输运模式？探索新颖的液体传输机制，将为定向液体传输的设计提供新的启发和灵感。近日，香港大学、香港理工大学和山东大学联合研究团队在多肉植物若绿（Crassula muscosa）身上取得了重要发现——液体可以在其茎上沿正反两个方向中任一方向实现定向流动。该研究成果以“Selective directional liquid transport on shoot surfaces of Crassula muscosa”为题，发表在顶级科学期刊《Science》上。香港大学博士生杨玲、博士后李威为论文的共同第一作者，香港理工大学王立秋讲席教授、香港大学尹晓波教授和山东大学李加乾研究员为论文的通讯作者。若绿（Crassula muscosa）原产于干旱但多雾的南非和纳米比亚地区，它的茎叶很容易被雾汽润湿并捕获雾滴，进而为其生长提供充足的水分。若绿外形美观，清新奇特。抵不住对若绿的喜爱之情，研究人员也亲自养了一盆。在给若绿浇水时，他们发现液体在水平放置的不同若绿茎上，竟然可以选择朝着茎尖或根部这两个截然相反的方向自发地单向运动，这与传统认知中一种液体只能沿固定方向流动的观点大相径庭。图1 若绿图片。研究团队首次报道了这一自然界的选择性定向液体传输现象。通过进一步观察，他们发现这一神奇的现象得益于若绿叶片独特的不对称折返结构——叶片两端具有不同的折返角，包括朝向茎尖的上折返角（ω1）和朝向根部的下折返角（ω2），从而导致液体弯液面在两个相反方向存在差异，使得液体能够选择性地沿不同方向运动。这一研究成果不仅揭示了大自然中鲜为人知的独特液体传输机制，也为工程应用中设计更加灵活高效的液体输运系统提供了新的启发和可能。图2 若绿茎表面的选择性定向液体传输。为了进一步探索这一选择性定向液体传输现象，研究团队利用3D打印技术制造了一种模仿若绿叶片结构的阵列（Crassula muscosa-inspired arrays , CMIAs）。在具有不同折返角的CMIA I 和CMIA II上，他们观测到滴加的液体分别沿着正负两个相反的方向流动。通过高速相机观察液体流动规律，研究人员提出了一种各向异性弯液面理论模型来解释这一现象。结合实验观测结果，他们利用这一理论揭示了通过调节CMIAs的两个折返角和间距可以精准控制液体的流动方向。受此规律的启发，研究团队进而制作了可通过磁场和机械拉伸精准调控液体流动方向的磁控及柔性CMIAs。这些创新性的CMIAs结构不仅验证了理论模型，也展示了利用结构化表面实现灵活可控液体输运的新途径。图3 人造CMIAs上的选择性定向液体传输。图4 理论计算与实验结果解释流向调控规律。图5 磁场控制和拉伸控制的选择性定向液体传输。图6 图案化液体定向流动，三通阀控制的液体分配和混合。总的来说，研究团队成功揭示了若绿植物叶片表面独特的选择性定向液体传输现象。其关键在于叶片两端存在不对称的折返角度，从而产生异质的液体弯月面轮廓，最终导致液体能够自发选择性地沿正负两个相反方向进行定向传输。这一令人瞩目的发现，激发了研究人员设计可实时切换液体传输方向的新结构。这些创新成果不仅展示了可重构的液体传输、智能的传输方向调节， 还实现了自发和长距离的定向液体传输。这些突破性技术在生物医学检测、化学反应分析等领域都具有广阔的应用前景。

随着大数据、5G时代的到来，移动通信、计算机等领域迎来新的发展机会，连接器已成为这些行业不可或缺的组件。同时，受益于高端通信、消费电子、新能源汽车、工控安防等下游行业的持续发展，全球连接器市场需求保持着稳定增长的态势，全球连接器总体市场规模总体呈现上升态势。为满足下游终端产品的短小轻薄、性能提升的发展趋势，连接器也逐步向微型化、高速化和大电流方向发展。终端产品的微型化，意味着连接器的线距不断变小、接触点更加密集，需要在极小的空间内实现同等的功能，也对连接器内部的触脚间电阻、抗电磁干扰能力以及微型化设计等各方面的设计提出更高的要求。Z-Axis Connector Company成立于1995年，是一家全球领先的连接器制造公司。该公司汇聚了经验丰富的专家科学家、工程师、技术人员和管理者，致力于生产创新且具有成本竞争力的产品，无论是在消费级应用还是微小型连接器领域，都以满足多元化的需求为己任。Z-Axis在收集潜在客户需求反馈的时候，发现这些客户反映现有的标准连接器无法满足他们的特定应用需求。因此，对于Z-Axis来说，他们面临的一个关键设计挑战是制造出能够满足极端精准公差的连接器。尽管他们采用了传统的3D打印技术，但也仅能达到±50 μm的公差，这对于一些高精度要求的应用来说，仍然有所不足。01寻找解决方案在寻求满足严格公差要求的解决方案过程中，Z-Axis找到了摩方精密微纳3D打印设备，并得知利用摩方精密先进的面投影微立体光刻（PμSL）3D打印技术，能帮助他们实现精确到±10~20 μm的公差，这为制造微型且性能卓越的连接器开辟了新的可能性。Z-Axis面临的一项重大挑战是确保3D打印的连接器能够与传统的电子组装技术兼容。考虑到弹性连接器在必须在不损害其完整性的情况下历经高温焊接过程，Z-Axis借助了摩方高精度3D打印系统对材料的开源性和高兼容性，为确保完成后续工艺制作，Z-Axis最终选用3D Systems的Figure 4® HI TEMP 300-AMB材料进行打印。在生产过程中，所需的印刷电路板（PCB）需经过一个高达237°C的回流焊炉，整个循环仅需7.5分钟。得益于摩方精密打印样品在极端温度下的出色耐受性，Z-Axis可以采用标准的电子系统制造技术，通过使用3D打印连接器来推动微型化制备创新的步伐。安装在PC板上的3D打印连接器3D打印连接器的近距离特写02连接器制造创新的时代摩方精密的微纳3D打印技术使Z-Axiss能够采用表面贴装技术，进而摒弃了传统的穿孔调节方式。这一转变不仅极大提升了电子组装的效率，简化了复杂电子设备的组装流程程，而且还实现了设计的微型化，让他们能够创造出更加微型、高效且符合现代电子设备需求的电路设计。借助摩方精密的先进技术，Z-Axis成功地击破了传统制造的束缚，推出了远超行业标准的创新解决方案。这种高效、精确的制造方式，所需的时间和成本远低于传统的制造方法，这无疑将为整个行业带来深远的影响，并推动连接器制造技术迈向新的发展阶段。摩方精密致力于提供高精密、高公差控制、高质量、高标准的技术支持与服务，截至目前，全球排名前10的精密连接器企业，已有9家与摩方建立合作。摩方精密最新发布的复合精度光固化3D打印技术，在快速处理原型制造，解决精密电子、生物医疗、高端通讯、半导体等高精密行业跨尺度加工难题，将为行业产品创新迭代提供降本增效的解决方案，将携手更多的客户共同开创突破性、延续性和实用性的新技术、新产品和新应用。

当前，临床上监测颅内压等关键生理指标的技术，通常需要通过外科手术将有线传感器植入患者颅内。这种方法存在一定风险，如术后感染和并发症等。尽管现有的无线电子传感器能够在一定程度上降低这些风险，但由于它们的体积较大（例如，传统电子元件的截面积往往超过1平方厘米），因此不适合通过微创注射方式植入。此外，由于无线电子传感器不能在体内自然降解，患者还需要进行二次手术来移除它们。因此，在临床实践中，这些无线传感器也面临着许多挑战。华中科技大学臧剑锋教授、姜晓兵教授以及新加坡南洋理工大学陈晓东教授团队携手合作，研发出一种创新型可注射超声凝胶传感器。该传感器有望克服传统有线传感器存在的感染风险和术后并发症等问题，同时避免现有无线电子传感器体积过大、无法体内降解等临床应用挑战。相关研究成果以"Injectable ultrasonic sensor for wireless monitoring of intracranial signals"为题在线发表于《Nature》杂志。传感器结构与制备：这种名为"超声超凝胶"的传感器是由双网络交联的水凝胶基质和内部周期性排列的空气孔道组成，体积仅为2×2×2mm³。这种可注射传感器是研究团队采用摩方精密面投影微立体光刻(PμSL)3D打印技术(nanoArch® S140，精度：10 μm)加工模具后，经水凝胶翻模制备而成。经过计算机模拟结构优化，该特殊结构在8-10MHz频段具有声学带隙，对入射超声波有很强的反射能力。图1. 可注射、可降解的超凝胶超声传感器设计原理。(a)基于超声反射的超凝胶无线颅内生理传感器示意图。(b)超凝胶样品及穿刺针照片，比例尺2 mm。(c)超凝胶结构显微镜照片，比例尺500 μm。(d)照片显示超凝胶浸泡在37度的PBS溶液中一个月后开始降解。(e)超凝胶工作原理示意图。(f)变形导致超凝胶反射峰值频率偏移示意图。(g)超凝胶能带结构图。(h, i)带隙中心频率随晶格常数(h)及占空比(i)变化曲线图。(j, k)超凝胶变形前后声场（仿真）分布。多功能凝胶传感器：研究团队设计了三种功能凝胶传感器用于检测不同参数。压力凝胶采用双交联聚乙烯醇/羧甲基纤维素凝胶，灵敏度可达5.7 kHz/mmHg，分辨率0.1 mmHg；温度凝胶由温敏性聚乙烯醇/聚丙烯酰胺凝胶构成,温度检测范围28-43℃，分辨率0.1℃，灵敏度80kHz/℃；pH凝胶则利用质子化聚乙烯醇/壳聚糖凝胶，可检测pH 2-8的范围，分辨率0.5 pH单位，灵敏度256 kHz/pH单位。这些凝胶均采用生物相容性且可降解材料制成，注射入体约1个月后可自然降解，无需再次开颅取出。同步读取与算法：研究团队提出了同步读取多个凝胶传感器的新方法。通过检测各个凝胶的反射频率变化，结合先进算法，可高效分离压力、温度、pH等多种因素的耦合影响，实现对复杂生理环境的全面监测。图2. 超凝胶超声传感器体外测试表征。(a)温度及pH响应超凝胶示意图。(b)超凝胶及纯水凝胶照片（顶部）与超声图像（底部），比例尺2 mm。(c)超凝胶结构显微镜照片，比例尺500 μm。(c, d)超凝胶与纯水凝胶超声反射信号时域对比(c)与频域对比(d)。(e)压力超凝胶与商用压差计压力测试对比。(f)压力超凝胶校准曲线。(g) 温度超凝胶与商用温度计温度测试对比。(h) 温度超凝胶校准曲线。(i) pH超凝胶与商用温度计温度测试对比。(j) pH超凝胶校准曲线。(k) 压力超凝胶反映临近血管模型内流速。动物实验结果：在大鼠和猪的动物实验中，这一凝胶传感系统展现出媲美商用有线临床设备的检测精度，且在耗能、无热效应等方面表现出极大优势。值得一提的是，在实验猪体内，它甚至能检测到微小的呼吸引起的颅内压力细微波动(约1 mmHg)，而同步植入的有线压力传感器则无法监测到如此精细的变化。图3. 活体大鼠传感实验及生物相容性表征。(a)实验装置配置照片。(b)超凝胶植入在大鼠颅内的磁共振图像，比例尺2 mm。(c)大鼠佩戴外部超声探头照片。(d)超凝胶与临床有线颅内压探头测试大鼠颅内压力变化曲线。(e, f) 超凝胶与商用有线温度探头测试大鼠颅内温度变化曲线。(g)超凝胶24天内多次监测大鼠颅内压变化。(h) H&E染色脑组织切片照片显示超凝胶降解过程。(i) 免疫荧光染色照片显示超凝胶存续期间炎症情况。图4.实验猪无线颅内压原位监测。(a)实验方案配置示意图。(b)超凝胶及临床有线颅内压探头植入后猪头部照片。(c) 猪腰椎穿刺位置照片。(d)超声图像照片显示超凝胶植入猪颅内位置。(e) 超凝胶、商用压差计以及临床颅内压探头测量猪颅内压随腰椎注射生理盐水变化曲线。(f)体积测试管液面高度照片显示猪颅内压随呼吸起伏。(h) 超凝胶、商用压差计以及临床颅内压探头测量猪颅内压随呼吸变化曲线。临床颅内压探头难以测量微小颅内压变化。总结：该研究提出了一种创新型的植入式无线传感技术，该技术基于超凝胶材料变形所引发的超声波频移效应，能够精确地监测颅内各种生理参数，如颅内压、温度、pH值以及血液流速等。相较于目前市场上的植入式传感器，超凝胶传感器在尺寸、多参数分离监测能力以及可生物降解特性上展现出明显优势。这项技术不仅有望应用于颅内生理参数的监测，还能够扩展至人体其他部位的无创检测，从而为多种疾病的预防和治疗提供了新的技术支持。这种微型且可自然降解的传感器通过微创注射即可使用，大幅提升了患者的就诊便捷性，并为智能医疗健康领域的发展注入了新的活力。

近年来，随着生理电信号在辅助医疗、科学训练及神经科学研究等的领域的不断深入和广泛应用，可穿戴柔性电极成为了众多学者的研究焦点。非侵入式柔性电极能够将人体内部的离子电信号转换为电子元器件可读取的电子信号，成为了连接这两者的桥梁。然而如何实现高质量信号的采集、实现不同皮肤状态下的长时间稳定粘附及提高长时间穿戴舒适性，是阻碍柔性电极应用的研究难点。尽管已有研究团队提出了许多能提高粘附力与增加透气性的结构，但仍旧难以实现稳定粘附性、低界面阻抗和高透气性的有机统一。因此，开发一款兼具高透水透气性和粘附稳定性的柔性电极十分必要。近期，西安交通大学邵金友、田洪淼团队提出了一种仿树蛙脚蹼的非侵入式柔性可穿戴电极，用于生理电信号的长时间连续监测。该柔性电极是使用摩方精密nanoArch® S130(精度：2μm)高精度3D打印设备加工模具后使用导电复合材料翻模制备而成。相关研究成果以“Treefrog-Inspired Flexible Electrode with High Permeability, Stable Adhesion, and Robust Durability”发表在《Advanced Materials》上，西安交通大学兰天翔博士为论文的第一作者，西安交通大学邵金友教授和田洪淼教授为共同通讯作者。图1 设计灵感来源及结构展示。 (A)仿生灵感来源，(B)电极结构示意，(C)相较于普通平膜的优势。该柔性电极的设计灵感来源于红蹼树蛙脚蹼表面的分散六边形柱状结构及深层的粘液腺。六边形分散柱状结构可以将大液桥分散为多个小液桥，从而大幅提高树蛙脚蹼与各种表面之间的粘附力；分布于六边形柱状结构间隙的粘液腺，则可使得粘液在树蛙脚蹼间均匀分散，这两种结构共同实现了树蛙在多种表面的稳定黏附。结合此两种结构，本文设计了一种兼具高透水透气性、稳定粘附性及长时间耐用性的柔性可穿戴电极。该电极可分为上下两层：下层为分散柱状结构，有利于实现高效而稳定的电极-皮肤界面接触（接触面积/总面积相较于平膜提升了近一倍）、低界面阻抗（面积标准化阻抗与商用Ag/AgCl凝胶电极相近）及稳定附着（在干/湿条件下的粘附力相较于无结构电极提升了2.79/13.16倍）；上层为参照鸟喙和粘液腺设计的改进锥孔结构，有利于实现人体皮肤表面排泄物定向搬运，从而提高了该电极的透水透气性（正向透气性相较于棉纺织物提升近12倍，透水性相较于3M医用敷料提升了40倍以上）。该仿生电极在粘附稳定性、透水透气性和耐用性等方面都具有显著的优势。首先，研究团队通过理论推导和仿真计算的方式得到了锥孔结构设计的最优参数区间，并将该结构的设计与电极底面分散柱状结构的设计解耦，大幅降低了分散柱状结构设计的复杂度。底面离散化结构除了能实现高效而稳定的界面接触之外，还能有效降低汗腺的被堵塞率，从而避免排泄物的局部堆积导致的粘附效果降低。为此，研究团队采用图像处理技术及离散优化设计方法，量化计算了全部三种可单一平面密铺正多边形柱状结构在不同尺寸参数下的最大汗腺堵塞率（最大堵塞率越小代表该电极在湿润条件下的粘附越可靠）及理论有效面积（该值会影响接触阻抗进而影响采集的信号质量），并在综合考虑这两者之间的矛盾关系后，制造了优化设计的柔性可穿戴电极。图2 结构优化设计。 (A)锥孔优化设计，(B)分散柱状机构可大幅降低汗腺的被堵塞率，(C)分散柱状结构尺寸参数，(D) 六边形柱状结构的最大汗腺堵塞率(E)不同形状及尺寸的分散柱状结构的未堵塞率和理论接触面积。在设计完成电极的微观结构之后，研究团队采用摩方精密面投影微立体光刻（PμSL）技术加工了具有良好一致性的树脂模具，并通过模塑工艺制造出了仿生电极和只含有锥孔的电极（对比组）。仿生电极相较于对比组的干/湿粘附力提升了2.79/13.16倍，实现了在干/湿环境下的稳定附着。图3 微观形貌表征。 (A)锥孔模板，(B)只含锥孔的电极，(C)分散柱状结构模板，(D) 仿树蛙脚蹼电极(E)仿树蛙脚蹼电极截面轮廓，(F)粘附力表征。之后，研究团队还测试了该仿生电极的正向和逆向水蒸气透过率，该电极的正向/逆向水蒸气透过率相较于棉织物提升了近12/6倍，实现了较好的透气性能。图4 单向输水性及水蒸气透过率表征。 (A)各种结构的表面接触角变化，(B)各种结构表面接触角随时间的变化关系，(C)水蒸气透过率测试，(D) 仿生电极与多种常见织物的水蒸气透过率对比。最后，研究团队采集了多种生理电信号，并对其进行了分析。该仿生电极采集出的生理电信号质量可与商用Ag/AgCl凝胶电极相媲美，并且长时间使用下安全性和稳定性性均优于商用Ag/AgCl凝胶电极。相较于已报道文献，本文所提出的仿生电极在机械性能、电学性能及电极性能方面表现出优异的均衡性能。图5 多种生理电信号的测试与性能对比。 (A)长时间心电信号的测量及信号分析，(B)睁眼及闭眼时脑电信号的采集与分析，(C)肌电信号的采集与分析，(D) 仿生电极与多种电极的综合性能对比。综上所述，本研究提出的基于树蛙脚蹼的仿生电极可以实现在干/湿皮肤表面的稳定粘附，且兼具高透水透气性、长时间穿戴舒适性及稳定的低接触阻抗等优点，有望促进生理电信号长时间持续检测的广泛应用。

周围神经损伤（Peripheral nerve injury，PNI）是一种常见的外伤性疾病，常由车祸、战伤、工伤和医疗事故等引起。PNI的典型临床表现为受损神经所支配的区域出现感觉和运动功能障碍，其严重程度因损伤程度而异。这种疾病给患者带来了极大的痛苦与不便，严重影响了他们的生活质量；同时，也给患者与社会带来了沉重的经济负担。PNI的传统治疗方法可分为手术治疗和非手术治疗两类。非手术治疗方法包括电刺激、磁刺激、激光光疗等，而手术治疗方法包括神经缝合术和神经移植术（包括同种异体移植和自体移植）。其中，自体移植术因其疗效最佳，被公认为是PNI治疗的“金标准”。然而，目前的PNI传统治疗方法仍然存在较大的局限性，主要体现在以下两个方面：自体移植术所需的供体神经来源有限，且术后存在潜在的致畸、致癌性等风险；此外，PNI并发的肌肉萎缩问题也会进一步影响功能恢复的效果。针对以上两方面，兰州大学口腔医学院范增杰教授团队设计开发了一种具有海参仿生特性的微针神经导管（MNGCs），用于PNI及其导致的肌肉萎缩的协同高效治疗。该MNGCs是由摩方精密 microArch®S230 （精度：2μm）高精度3D打印设备加工模具后经PDMS翻模制备而成。相关研究成果以“Sea Cucumber-Inspired Microneedle Nerve Guidance Conduit for Synergistically Inhibiting Muscle Atrophy and Promoting Nerve Regeneration”为题发表在国际知名学术期刊《ACS Nano》上。兰州大学口腔医学院硕士研究生胡策文、刘斌为共同第一作者，兰州大学口腔医学院范增杰教授和康涅狄格大学化学与生物分子工程系孙陆逸教授为共同通讯作者。海参是一种海生软体动物，体型呈圆筒状，体表外侧长有规则排列的锥形状疣足，内侧则长有规则排列的条状肌肉。海参的体壁柔软，含有大量的胶原。胶原因具有不对称的晶体结构，具有压电效应。受此启发，作者根据海参的生理特性和解剖特征设计了MNGCs。MNGC由聚己内酯（PCL），还原氧化石墨烯（rGO）和纳米氧化锌颗粒（ZnO NPs）组成。其中，PCL为MNGCs的基质材料，使MNGCs具有良好的柔韧性与生物相容性；rGO和ZnO NPs分别赋予了MNGCs良好的导电性能与压电性能，使MNGCs能产生并传导适宜的电刺激（ES）。这是模仿了海参具有产生并传导生物电的潜力的生理特性。同时，MNGCs的外侧为微针（MNs）的针尖，内侧为微通道；MNs可以刺入神经周围肌肉并传导ES，而微通道可以引导雪旺细胞（SCs）定向生长。这是模仿了海参具有锥形疣足和条带肌肉的解剖特征。MNGCs植入体内后，因形变而实现力电转换产生ES。在MNGCs的内侧，ES与微通道共同使SCs定向高效迁移，促进轴突和髓鞘的新生进而促进神经的新生；同时，在MNGCs的外侧，ES通过MNs向其插入的肌肉中传导ES，进而抑制肌肉的萎缩。最终实现了PNI及其导致的肌肉萎缩的高效协同治疗。图一. MNGCs设计、制备以及协同治疗的示意图。首先制备了具有良好导电性能和压电性能的复合材料PG与PZG。MNGCs的基质材料——PCL原本是不具有导电性能和压电性能的材料，向其中添加了rGO（PG）和rGO+ZnO NPs（PZG）后，复合材料的导电性能明显提升，也具有了压电性能。当rGO含量为2%时，其电导率为1.03*10-3S/cm；而当ZnO NPs含量为2%时，其可输出的电压和电流的最大值分别为4.6 V和1.9 μA。这一优良的电学特性具有充足的潜力促进PNI及肌肉萎缩的协同治疗。又因为rGO和ZnO NPs具有潜在的生物毒性，通过MTT法对其在PCL中的含量进行了筛选，发现当rGO和ZnO NPs的含量≤2%，材料仍具有良好的生物相容性（见图3-A&B）。因此，确定PG与PZG中 rGO和ZnO NPs的含量为2%，并进行后续实验。图二. PG与PZG的电学性能。(A). rGO含量不同时PG的电阻率。(B). rGO含量不同时PG的电导率。(C).PZG的PFM振幅图。(D)和(E). ZnO NPs含量不同时PZG的开路电压。(F)和(G). ZnO NPs含量不同时PZG的短路电流。研究团队使用上述PCL，PG与PZG作为材料，通过模板法制备了MNGCs。如图三所示，蓝色的模板为制备MNs用的PDMS阴模。此PDMS阴模的制备过程如下：先使用摩方精密microArch®S230 3D打印设备构建主MNs，再使用PDMS转写主MNs以获得PDMS阴模。材料完全注入PDMS阴模后，使用摩方精密microArch®S230 3D打印设备构建的黄色模板——塑料微通道模板，此微通道模板是直接由设备构建而来。MNs基底背侧的微通道构建完毕且MNs冷却完全后，将其取出并卷成管状，即可获得MNGCs。图三. MNGCs的制备流程。随后对MNGCs进行了理化组成、宏微观形貌与力学性能的分析。FTIR，XRD首先证明了MNGCs中含有PCL和ZnO NPs，Raman不仅证明了MNGCs中含有rGO，且此rGO是被成功还原的。PCL在添加了rGO和ZnO NPs后，由疏水转变为亲水，且亲水性较优秀，这有利于其生物应用。SEM证明了MNGCs中的MNs和微通道具有良好的微观形貌，而MNGCs的宏观形貌也与海参高度相似。MNGCs的导管主体部分均具有较好的拉伸性能，能够稳定桥接神经而不断裂；由PG和PZG制成的MNGCs的MNs针尖部分也具有较好的压缩性能，能够刺穿并插入肌肉中，为ES的高效传递创造条件。图四. MNGCs的表征。(A). MNGCs的FTIR图谱。(B). MNGCs的XRD图谱。(C). MNGCs的Raman图谱。(D)和(E). 不同MNGCs的水接触角照片及其定量分析。(F)和(G). MNGCs的MNs与微通道的SEM照片及其EDS分析。(H).MNGCs的数码照片。(I)和(J).MNGCs的导管本体的拉伸试验的应力-应变曲线及其杨氏模量。(K)和(I). MNGCs的MNs的压缩试验的试验力-位移曲线及其位移量为0.75mm时的试验力。在体外层面对MNGCs促进PNI修复的效果进行了验证，研究团队发现微通道能通过限定SCs的分布来引导其定向生长增殖，而ES的促进作用和导电微环境的改善均有利于提升SCs的线性迁移速率，其中ES的促进作用更为明显。上述两方面的共同作用使得SCs能在MNGCs内部高效定向迁移，进而促进PNI的修复。图五. MNGCs促进PNI修复的体外效果。(A). PG的细胞毒性。(B). PZG的细胞毒性。(C). 微通道引导SCs定向生长的效果。(D). 双重电学功能促进SCs迁移的效果。研究团队建立了大鼠的坐骨神经大范围损伤模型，在体内层面对MNGCs协同缓解肌肉萎缩和促进神经再生的效果进行了研究。首先研究了MNGCs缓解肌肉萎缩的效果。对腓肠肌健侧/患侧进行了对比，发现PZG-MNGCs组的腓肠肌萎缩程度，不论是大体观察状态还是湿重比均最接近自体移植治疗的效果。Masson染色的结果，即PZG-MNGCs组的腓肠肌的肌纤维面积最高且胶原纤维面积最低，也印证了这一结论。因此可以确定，PZG-MNGCs缓解PNI导致的肌肉萎缩的效果最佳。图六. MNGCs缓解肌肉萎缩的体内效果。(A). 患侧/健侧腓肠肌大体观察的照片。(B). 患侧腓肠肌的Masson染色图片。(C). 患侧/健侧腓肠肌的湿重比。(D). 患侧腓肠肌Masson染色的平均肌纤维面积。(E). 患侧腓肠肌Masson染色的平均胶原纤维面积。随后研究了MNGCs促进神经再生的效果。通过对新生神经进行甲苯胺蓝（新生轴突）和勒克索固蓝（新生髓鞘）和CD31-IHC（新生微血管）染色，发现PZG-MNGCs组的神经再生水平最接近自体移植治疗组。图七. MNGCs促进神经再生的体内效果。(A). 新生神经的甲苯胺蓝染色图片。(B). 新生神经的勒克索固蓝染色图片。(C). 新生神经的CD31-IHC染色图片。(D).新生神经中活跃SCs的密度。(E). 新生神经中髓鞘的密度。(F). 新生神经中CD31的密度。最后研究了MNGCs促进神经再生的潜在机制。将NF-200（轴突）和S-100β（髓鞘）作为标记为进行IF染色，发现PZG-MNGCs组中NF-200和S-100β的表达水平最接近自体移植治疗组。这说明PZG-MNGCs主要依靠施加ES+改善导电微环境来促进轴突和髓鞘的再生，进而促进神经的再生。图八. MNGCs促进神经再生的潜在机制。(A). 新生神经的NF-200的IF染色图片。(B). 新生神经的S-100β的IF染色图片。(C). 新生神经中NF-200的密度。(D). 新生神经中S-100β的密度。综上所述，最具有海参仿生特性的PZG-MNGCs能高效产生并传导压电ES，在确保稳定桥接缺损神经和可以向肌肉传递ES的前提下，通过内侧的微通道共同促进SCs迁移以促进神经再生，同时将ES通过MNs传递至周围肌肉，最终在协同缓解肌肉萎缩和促进神经再生中取得了相当接近自体移植治疗这一“金标准”的治疗效果。

受自然生物学启发制备的具有不同润湿特性的功能性表面在液体收集、液滴操纵、减阻及油水分离和药物输送系统等领域蓬勃发展。值得注意的是，功能性拒水表面成为其中一个热门议题。荷叶上的超疏水现象表明由亲水材料制成的具有特殊微纳结构的表面可以实现疏水甚至超疏水特性。因此，越来越多的研究人员致力于设计和制造独特的微纳结构使得由亲水材料组成的表面呈现出超疏水的特性，进而实现更多特定的功能。西安交通大学机械工程学院张辉副教授等提出了一种新型 3D 打印仿生超疏水花瓣状微结构表面，其灵感来自猪笼草口缘区域的水钉扎效应。该团队利用摩方精密高精度3D打印技术(nanoArch® P140，精度：10 μm)实现了花瓣状微结构表面的制备。具有花瓣状微观结构的亲水性树脂具有宏观超疏水性和优异的拒水性。与普通蘑菇形结构相比，优化后的花瓣状结构承载力最大增加率为58.3%。相应的机理分析表明，锋利的边缘效应和弓形曲线效应是造成这种超排斥性能的原因。然后团队进行了对几何特征（花瓣数量P、结构间隙S及花瓣结构占比K）对花瓣状微结构表面液滴承载能力影响的实验研究。覆盖微结构数、接触角变化和最大崩溃体积参数反映了不同参数表面的液滴承载能力。优化后的微结构阵列（花瓣数量P为4，结构间隙S为100 μm，花瓣结构占比K为0.5）与普通蘑菇形微结构相比，液滴承载力的最大增加率为58.3%。花瓣状微结构表面具有优异拒水性可用于超大液滴承载、微反应器、无损液滴搬运、倾斜表面液滴快速脱附、油水分离、气泡保持和减阻等领域。

生酮饮食在治疗慢性疾病方面引起了人们极大的兴趣，但长期的生酮饮食也存在健康风险。尽管现代医学在诊断和治疗方法上取得了进步，但在这种饮食策略的个性化健康管理方面仍存在巨大差距。因此，本研究提出了一种用于实时监测酮体和葡萄糖的可穿戴微针生物传感器。这种微针阵列具有出色的机械性能，可对间质生物标记物进行持续取样，同时减少皮肤穿刺带来的疼痛。垂直石墨烯具有出色的导电性，使传感器具有 234.18 μA mM-1cm-2的高灵敏度和 1.21 μM 的低检测限。将这种完全集成的生物传感器用于人体志愿者时，它在跟踪动态代谢物水平方面显示出了极具吸引力的分析能力。此外，评估结果与商业血液测量结果具有显著的相关性。总之，这种经济高效的传感平台有潜力促进生酮饮食在个人营养和健康管理中的广泛应用。关键词：生酮饮食 酮体 微针生物传感器 间质生物标记物 垂直石墨烯过去几十年来，随着全球肥胖人口的增加，低碳水化合物饮食应运而生。生酮饮食（KD）因其作为癫痫饮食疗法的成功而大受欢迎。它是一种高脂肪、低碳水化合物饮食，迫使人体燃烧脂肪作为能量来源并产生酮体。当人体在极低糖状态下无法通过消耗葡萄糖产生能量时，就会产生酮体。酮体是脂肪氧化代谢过程中的中间代谢产物，包括乙酰乙酸、β-羟基丁酸（HB）和丙酮。其中，HB 是生酮饮食中内源性产生的主要能量底物，目前已被广泛用于治疗各种健康指征，如癫痫发作、糖尿病、肥胖症、阿尔茨海默病、 及其他疾病。用于治疗癫痫和阿尔茨海默病的生酮饮食可能会导致低血糖症。对于糖尿病患者来说，酮体的过度积累可能会导致糖尿病酮症酸中毒，而这被定义为一种可能危及生命的疾病。目前，测量酮体和葡萄糖水平的方法主要依靠穿刺手指反复定期采血，这会给患者带来心理和生理上的痛苦。无创酮体监测技术非常有吸引力，但大多数研究在建立与血液采样的可靠相关性方面面临挑战。间质液（ISF）是血液流经毛细血管时交换形成的一种体液，它与血清和血浆样本具有多种生物标志物。可以使用多种方法收集和分析 ISF，包括离子电泳法、声波电泳法、微透析法、微针法。在这些方法中，微针阵列提供了一种直接采集ISF的无痛方法。虽然一些研究已经证明了使用微针监测间质酮体水平的可行性，但大多数研究仅在体外研究中得到了证明。迄今为止，电化学传感器因其灵敏度高、成本低、使用方便等优点，在生物标记物的监测和检测中得到了广泛应用。最近，石墨烯因其比表面积大、导电率高、化学稳定性好等优异特性而被广泛应用于传感器的构建中。垂直生长在基底上的石墨烯具有独特的特征，如非团聚的三维网状形态、大量开放的超薄边缘和可控结构。这些特征使得垂直石墨烯具有高电化学活性和导电率等惊人特性。在这里，深圳大学张学记、许太林、刘轻舟课题组研发了一种基于微针的生物传感器，它能够实时监测间质酮和葡萄糖，可用于对保持生酮饮食的人进行主动健康管理。这种生物传感器由3D打印的微针和垂直石墨烯电极构成，可实现间质液标志物的双重检测。当微针按压并刺入皮肤后，空心微针阵列可持续收集 ISF，双分析电极则可对其进行检测。此外，还集成了一个最小的电化学分析仪，可通过无线数据传输与智能设备同步。这种完全集成的生物传感设备有助于促进生酮饮食在肥胖症、癫痫、糖尿病和阿尔茨海默病等疾病治疗中的应用。相关工作以“Wearable Vertical Graphene-Based Microneedle Biosensor for Real Time Ketogenic Diet Management”为题发表在《Analytical Chemistry》。图1. 微针生物传感器原理图及图像。(a)个性化生酮饮食管理的可穿戴传感平台概念。(b)可穿戴微针传感器示意图。该可穿戴传感器主要由微针阵列、粘附层、银层、垂直石墨烯、衬底和液腔组成。(c)可穿戴微针传感器的光学照片。(d) HB和葡萄糖传感电极的试剂配置。(e)安装在志愿者手臂上的完全集成的微针生物传感器图像。垂直石墨烯具有三维六角蜂窝晶格结构，因此具有比表面积大、导电性好和化学稳定性好等优异特性，一直是可穿戴传感器研究人员的兴趣所在。在本研究中，研究团队选择垂直石墨烯作为电极材料，以提高生物传感器的电化学传感性能。图2. 垂直石墨烯基生物传感器的表征与电化学性能。(a)垂直石墨烯电极的光学照片。(b)垂直石墨烯的顶部和(c)横切面SEM显微图。(d)垂直石墨烯的拉曼光谱。不同电极在pbs加标(e) 1.0 mM HB和(f) 5.0 mM葡萄糖下的循环伏安图。(g)基于HBD的生物传感条带对人工ISF中连续添加0.1 mM至1.0 mM的HB的时序电流响应以及插图中相应的校准图。(h)基于GOx的生物传感条带对人工ISF中不同葡萄糖浓度的电流响应，连续增加1mM。(i和j)可能干扰物质的选择性试验:100 μM抗坏血酸(AA)、100 μM尿酸(UA)、1.0 mM乳酸(LA)。(k) 0.1 mM HB和(l) 1.0 mM葡萄糖在ISF基质中间隔10分钟的操作稳定性评价。微针技术作为是一种前景广阔的解决方案，能够有效地穿透皮肤角质层，从而增强透皮提取或药物输送的效率。重要的是，这些微针需要具备足够的强度，以承受插入和穿透皮肤时的力量。在可穿戴应用中，基于微针的设备引起的疼痛问题已经成为日常健康管理中的一个关键问题。影响疼痛程度的主要受微针长度的影响。以往的研究表明，当长度超过1000 μm时，微针引起的疼痛明显增加。因此，在这项研究中，微针的高度被优化为1000 μm，以最大限度地减轻应用于人体皮肤时的痛感。金字塔结构基于偏心通道设计，通过在中心保持坚固的支柱来增强微针抵抗力以便刺穿皮肤，微针的其他几何参数如图S3所示。研究团队利用摩方精密面投影微立体光刻（PμSL）3D打印技术（nanoArch® S140，精度：10 μm）成功制备了微针阵列，其尺寸为15.75 mm×15.75 mm。多个微针和单个微针的SEM图像如图3a和3b所示。图3. 微针性能评价。(a)多个微针和(b)单个微针的SEM图像。(c和d)一个微针的结构模拟结果。(e)微针刺入新鲜猪皮后的图像。(f)空心微针阵列插入皮肤前后的完整率。(g-i)插入和取出微针贴片后参与者的皮肤照片。(j和k)流体分析模拟结果。(l)毛细作用下微针提取人工ISF的流量随时间分布。本研究通过跟踪ISF中人体代谢物水平的变化，对基于微针的健康监测传感器的有效性进行了评估。用户佩戴配有电化学微工作站的微针传感器，并记录每30分钟(30、60、90和120分钟)摄入酮和葡萄糖补充剂之前(0分钟)和之后的电流响应。同时，将微针传感器测量的结果与市售血酮/血糖仪测量的数据进行比较，以建立生物传感器用于皮下检测的可靠性。结果表明，ISF样本与血液样本之间酮类分析和葡萄糖分析呈现较高的相关性。图4. 微针生物传感器的身体性能。(a)身体测试过程示意图，参与者佩戴微针传感器并摄入商业酮或葡萄糖补充剂，电化学工作站进行酮和葡萄糖分析，这与血酮和葡萄糖水平相关。(b和c)分别记录酮葡萄糖补充前(0 min)和补充后(30、60、90和120 min)的相关浓度。(d) HB和(e)葡萄糖血液和ISF样本的相关性分析。(f和g)动态测量。总结:综上所述，本研究提供了一种用于ISF双重检测的微创传感装置。作为传感器的关键部件，3d打印微针阵列具有优异的机械性能，不仅可以连续提取ISF标志物，还可以确保皮肤穿刺时的安全性。此外，电极的材料、几何形状和试剂配置都经过精心优化，以最大限度地提高生物传感器的分析性能。在这两种成分的协同作用下，生物传感器表现出优异的分析性能。在身体监测期间，研究团队记录受试者服用酮或葡萄糖补充剂前后的HB/葡萄糖水平，并将结果与血酮或葡萄糖水平进行比较。与血液测量的强相关性表明，本研究中开发的传感器有潜力作为测定代谢物水平的替代方法。通过集成电化学工作站，电化学传感器的信号可以通过无线传输技术发送到移动设备，这对于实现以患者为中心的远程监测具有重要意义。综上所述，本研究证明了开发用于生酮管理的微针生物传感器的可行性，促进了生酮饮食在个人医疗保健中的推广和发展。

具有复杂内部结构的多材料一维（1D）纤维一直是科学与工程领域的研究热点。其柔性、可扩展性和多功能性使纤维广泛应用于驱动器、发光器件、储能设备、传感器和药物输送装置等应用。其中，周期性结构纤维可以通过对周期的设计和调控，显著提高纤维的性能和功能。将一维纤维组装成二维图案或三维结构将大大扩展其应用空间。然而，传统的纤维加工方法（包括熔融纺丝、溶液纺丝和静电纺丝）需要编织、针织等后纺丝工艺，这限制了生产效率，并给材料选择和复杂结构的制造带来了困难。与传统制造相比，增材制造 (AM) 具有复杂结构设计和快速成型的优势。利用 3D 打印技术，可以轻松实现微观和宏观结构的制造。其中，直接墨水书写 (DIW) 是一种被广泛使用的多材料挤出加工方法，在成本效益与材料兼容性等方面具有较大优势。为了扩展挤出过程中多种材料的可编程性，微流体挤出头设计已被用于创建多功能纤维结构。然而，由于高分辨率微流道的设计和制造的复杂性，目前挤出头的结构选择仍然有限。基于此，西湖大学工学院周南嘉团队提出了一种模块化策略设计挤出头，利用多材料直写工艺挤出具有可调控周期性结构的纤维，并用来制造具有空间可编程周期性结构的 3D 物体。不同功能的模块可以通过串联，并联，串并联等不同的方式进行连接组装，用来制备具有层状结构和棋盘结构的多材料纤维。纤维内部的周期性结构可以通过调节工艺参数，模块的种类数量和尺寸进行控制。通过模块化平台策略，极大的简化了挤出头设计的难度，提高了具有周期性结构纤维的加工效率。该挤出头是利用摩方精密nanoArch® P140和S140 高精度DLP 3D打印设备（精度：10μm）一体化成型制造而成。通过研究团队的策略，两种具有相似流变性能和不同机械性能的不混溶材料用于共挤出。周期性结构可以显著提高纤维和晶格结构的机械性能。首先，对于硬/软硅橡胶复合弹性体，层状结构纤维展现出最高的断裂韧性（14.009 KJ/m2），分别是均质软硅橡胶和硬硅橡胶的1.8和11.8倍。其次，受生物珍珠壳状结构启发，加工得到环氧树脂/硅橡胶层状复合材料，纤维的增韧效果表现出明显的各向异性行为。在此基础上，研究团队通过控制打印路径，在3维木桩结构中对周期结构进行空间编程，使打印结构在压缩测试中不会发生灾难性的结构损坏。与直接混合的复合材料相比，层状结构的纤维的韧性和交错木桩结构的能量吸收能力表现出了显著的增强，分别提高了 4.3 倍（10.45 MPa）和 6.5 倍（12.43 J/g）。本研究成果以“Multimaterial extrusion of programmable periodic filament structures via modularly designed extruder heads”为题发表在学术期刊《Additive Manufacturing》上。西湖大学博士生任靖波为论文第一作者，西湖大学特聘研究员周南嘉为论文通讯作者。本研究得到了西湖大学未来产业研究中心，先进微纳加工与测试平台，物质科学公共实验平台的大力支持。图1. 模块化挤出头和打印结构。(a)：模块化挤出头打印设备和打印 3D 结构的示意图。放大的部分显示了具有内部流道结构的基本单元倍增器 (BME) 设计。(b)：通过分裂、堆叠、扩散实现流体强制倍增的过程。(c)：组装策略对纤维结构的影响。模块化挤出头设计以及对应于串联和串并联挤出头各个部分的理论纤维结构——包括入口模块 (IM)、倍增模块 (MM)、出口模块 (OM) 和连接模块 (CM) 等功能模块、纤维内部周期性图案示意图以及串联和串并联组装策略的打印纤维的横截面照片。比例尺，2 mm (a), 100 μm (c)。图2. (a):串联(左)和串并联挤出头(右)的照片。(b):定制的四轴打印平台(左)和在3D打印设备中组装的挤出头(右)。比例尺，5 mm (a)。图3. 纤维内部周期性结构的调控。(a-b)：粘度匹配对层均匀性的影响。(c)：流量比对层厚度的影响。(d-e)：多层结构纤维的横截面照片与实际层厚与理论层厚的比较。比例尺，100 μm(c,d)。图4. 硬/软硅橡胶层状复合弹性体的力学性能。(a)：硬/软硅橡胶墨水的流变行为。(b)：组分对弹性体韧性的影响。(c)：层状结构增韧机理与复合弹性体纤维在拉伸试验过程中相应的断裂过程。(d)：层数对弹性体韧性的影响。(e)：韧性和临界应变的比较。比例尺，100 μm (a)，1 mm (c)。图5. 环氧树脂/硅橡胶层状复合纤维的力学性能。（a）：环氧树脂/硅橡胶墨水的流变行为。（b）：三点弯曲试验示意图和相应的长丝应力分布。（c）：复合纤维的测试方向。（d）：组分对复合材料模量和韧性的影响。（e）：层状结构阻止裂纹扩展进行增韧。（f）：层数对复合材料韧性的影响。比例尺，100 μm (a)，1 mm (e)。图6. 3D交错木桩结构的力学性能。（a）：打印路径示意图。（b）：压缩应力-应变曲线。（c）：打印结构在压缩测试中相应的失效过程。比例尺，5 mm（c）。通过引入更多功能模块和不同的组装方式，可以设计高度可定制化的挤出头，以制备具有独特性能和新功能的复杂结构纤维。设计的灵活性和材料兼容性使研究团队的策略在建筑、光电、生物医学支架等领域具有良好的应用前景。

6月3日下午，上海市委常委、浦东新区区委书记朱芝松率队走访了上海摩方启赋科技有限公司（简称“摩方启赋”），开展自贸试验区制度型开放课题调研。摩方启赋是摩方精密在浦东新区成立的全资子公司，并落地超高精密器件国际创新中心，全力推进摩方原创超高精密增材制造技术能力在终端应用产品领域的研发、设计和孵化。朱芝松书记走进摩方展厅，详细了解了摩方原创技术在极薄牙齿贴面、新型微创青光眼手术引流器等领域的创新应用，鼓励企业继续坚持研发投入力度，不断提升产品创新力、竞争力。朱芝松书记表示，各类市场主体是浦东创新发展的重要力量，欢迎摩方精密来到浦东发展并取得阶段性成果。相关部门要深化用好重点企业服务专员工作机制，加强高效对接，统筹做好各项支持配套工作，助力企业技术创新和成果转化，赋能百行百业。摩方精密创立于2016年，是全球最早实现2微米级加工精度兼具高标准公差控制力的精密增材制造解决方案供应商，在上海、北京、深圳、珠海、厦门等地设有分支机构，同时在东京、波士顿、圣地亚哥、伦敦和慕尼黑等设有与国内协同运营的事业部、研发中心或销售办事处。开放的创新战略，让摩方积极主动融入全球科技创新环境，建立了庞大的全球工业企业合作网络，形成了良好的工业应用发展生态。截至当前，摩方的设备和技术已服务全球35个国家约2200家客户。工业级增材制造设备是先进制造业上游的重要工具之一，被多地纳入“工业母机发展规划”中。摩方作为精密制造创新型工业母机，其设备、材料及工艺深度绑定，在高精密增材制造领域具有领先性、专利优势和丰富的应用经验，成为众多行业产业链中不可替代的上游装备和加工解决方案供应商，在包括精密医疗、精密电子、5G、新能源等在内的制造业各领域创新生态链中发挥重要赋能作用，为新兴产业创新突围提供强有力的支撑。一路走来，摩方用突破性创新、延续性创新与开放式创新，创造了中国新兴硬科技企业“从0到1”原始创新和发展壮大的典型案例。

近日，央视新闻直播报道了摩方的高精度3D打印设备和成果，获万千网友点赞。摩方是国内少有的能实现打印精度达到2微米，兼具高标准公差控制力的超高精度3D打印解决方案供应商。截至2024年4月，摩方与来自全球35个国家约2200家客户建立了合作关系，创造了国产创新型工业母机及高端精密制造设备反向出口到日本、德国、美国等工业强国的罕见案例。图：西洽会现场作为重庆创新型硬科技企业代表，日前，摩方携高精度3D打印设备和成果亮相第六届中国西部国际投资贸易洽谈会(西洽会)，成功吸引了现场直播的央视新闻的注意，并获邀接受采访。图：摩方S240设备亮相西洽谈会，现场展示了青光眼导流钉和极薄牙齿贴面等应用产品摩方总裁助理白春燕向央视记者介绍了展示在现场的摩方高精度增材制造设备microArch® S240，它曾代表摩方斩获全球光学领域最高奖“棱镜奖”，摩方也是国内首个凭借本土原创精密制造技术获得该奖的企业。图：摩方高精度增材制造设备S240亮相西洽会现场还展示了两款用摩方高精度制造技术打印的产品：青光眼引流器和极薄牙齿贴面。前者为摩方与北京同仁医院合作，利用摩方的技术研发、生产的新型青光眼引流器，通过该引流器植入手术，可将传统需8个步骤、耗时30-40分钟的青光眼手术，缩短为开睑、制作角膜缘切口、植入引流物3个步骤，耗时仅3-5分钟。目前该型引流器已完成型式检验、动物安全性验证，并完成5例濒临失明的青光眼患者的紧急救助性临床手术，至今已超过10个月，未发现不良反应。图：摩方总裁助理白春燕接受央视新闻采访极薄牙齿贴面由北大口腔医院与摩方深度联合研发。利用摩方的技术，可加工出厚度低至0.04毫米的牙齿贴面，让患者免磨牙釉质就可实现牙齿的修复和美观。2023年底，由摩方牵头的国家“十四五”重点研发计划重点专项“极薄强韧陶瓷义齿微立体光固化增材制造技术与装备”获科技部批准立项，该项目以摩方精密独有的“面投影微立体光刻技术”为切入点，联合北大口腔等9家单位，全面系统研究极薄强韧陶瓷义齿增材制造系统的共性关键技术。随着这一产品的全面上市，将掀起口腔行业一场不小的创新。事实上，自首套设备交付以来，摩方坚持原创技术研发，保持设备的更新迭代；其突破性的工业级加工能力，持续在各个工业制造的应用层面展现出颠覆性的一面，发挥精密制造工业母机价值，为各行业底层技术的创新添翼增彩。2024年5月，摩方刚刚发布了复合精度光固化3D打印技术，面向全球市场推出首创的Dual Series设备：microArch® D0210和microArch® D1025，在速度、质量和便捷性上进行大幅提升，能有效解决增材制造中高精度和大幅面的固有矛盾，再次实现工业级3D打印技术新突破。D系列设备依旧保持了摩方精密超高精密、超高公差控制能力，全新搭载复合精度光固化3D打印技术，新增自动化操作平台，使工业级3D打印更智能、更稳定、更高效。在打印尺寸上，首次实现2μm到100mm*100mm*50mm的跨尺度加工突破。在快速原型制作上，为精密电子、生物医疗、高端通讯、半导体等高精密行业的创新应用带来高速灵活、降本增效的全新解决方案。当前，摩方还在持续加大研发投入，更新设备，提升服务，开拓终端应用，全方位提升精密制造能力，发挥行业领头羊作用，为推动国内精密制造行业不断升级迭代，提供不懈助力。

‍‍‍‍纳米药物在癌症治疗、免疫调节、透皮药物递送、皮肤护理等领域具有广泛的应用。相比于传统的纳米药物制备技术，微反应器技术（也称微流控合成技术）展现出了高可控性、可调性以及可重复性等优势。然而，目前商用的微通道反应器普遍存在耐压性能差和合成通量低等问题。尽管通过增大微通道截面的方式可以提高流体通量，但容易引起微通道内局部区域混合不充分等问题，导致纳米颗粒均一性下降。针对以上问题，中国科学院上海硅酸盐研究所和国科大杭州高等研究院化学与材料科学学院研究人员自主开发具有全新微通道结构的螺旋聚焦流微反应器，并将其与自主开发的高通量自动化纳米颗粒筛选平台进行了有效整合，从而快速获得同时满足期望平均粒径和最小多分散系数（PDI）的载药纳米脂质体最佳制备工艺条件。相关成果以“Combined helical-blade-strengthened co-flow focusing and high-throughput screening for the synthesis of highly homogeneous nanoliposomes”为题发表在学术期刊《Nano Today》上。本研究所开发的螺旋聚焦流微反应器采用超高精度面投影微立体光刻（PμSL）3D打印技术一体成型制造（摩方精密nanoArch® S140，精度：10 μm），有效克服传统键合方法所引起的通道堵塞和结构稳定性差等问题，可实现高达100 mL/min的流体通量。同时，该微反应器内含独特的螺旋子通道（图1），可数倍增强水相和醇相流体的径向混合效率。以PEG化纳米脂质体的合成为例，在不同水相/醇相流速条件下，螺旋聚焦流微反应器相比于常规3D同轴流动聚焦装置获得纳米颗粒产物的粒径PDI值明显更小，均低于0.1（图2）。螺旋聚焦流微反应器同样适用于卵磷脂等其它组成纳米脂质体的粒径均一性优化，为载药纳米脂质体的均一化和高通量制备提供了一种国产化高效策略。图1. 螺旋聚焦流微反应器的结构示意图及实物图。图2. 在不同流速条件（总流速和流速比）下，利用螺旋聚焦流微反应器（HBSCF）和常规3D同轴流动聚焦装置（CF）制备的PEG化纳米脂质体产物对应的平均水合动力学粒径和PDI值。进一步，团队以螺旋聚焦流微反应器为技术核心开发了螺旋聚焦流纳米药物合成仪。该合成仪配有触屏数显界面、微反应器连接件和自动收集台等模块，具有批次间高重复性、易操作等优势，可适用于纳米脂质体、脂质纳米颗粒和其他类型纳米颗粒的高流速和均一化合成。此外，团队自主开发集高通量合成和粒径筛选为一体的自动化纳米颗粒筛选平台，以提高基于螺旋聚焦流微反应器的纳米脂质体合成工艺条件的优化效率，最终将载药纳米脂质体的粒径PDI值减少到0.04以下。鉴于该微反应器的高通量特性，研究人员无需改变微反应器类型，即可基于优选技术参数实现纳米药物的连续放大合成。上述围绕螺旋聚焦流微反应器技术开发的多种装备对提高纳米药物质量和促进产业化应用具有重要推动作用。该研究成果由中国科学院上海硅酸盐研究所和国科大杭州高等研究院的科研人员和学生共同完成，已经获得1项国家发明专利授权及多项实用新型专利和软件著作权。研究生王浩霁、田睿智和工程师兰正义为发表论文的共同第一作者，马明项目研究员为通讯作者，该工作也受到了陈航榕研究员的大力支持。‍‍‍‍

电容型柔性压力传感器在智能机器人、可穿戴电子产品、人机交互等领域有着广泛的应用。传统的电容型压力传感器由于受介电层压缩性和单位面积电容（UAC）的限制，其灵敏度和检测精度均较低。近年来，由离子凝胶基介电层和柔性电极组成的电容型离-电式压力传感器因其具有高灵敏度、高检测精度受到广泛关注。基于离-电式压力传感器的双电层（EDL）原理，传感器输出电容信号的变化主要取决于其内部介电层/电极界面的演变。因此，对介电层/电极层界面进行有效设计是获得高性能离-电式压力传感器的关键。除了优异的传感性能外，光学透明度也是传感器在电子皮肤、可穿戴电子产品等应用中所必需的。目前，压力传感器如何同时具备高灵敏度、宽响应量程和良好的透明度仍然是一个挑战。基于此，杭州师范大学材料与化学化工学院朱雨田教授团队基于麦芒仿生多级结构设计开发了一种兼具高灵敏和宽量程的离-电式压力传感器。该麦芒分层结构是利用摩方精密 microArch® S240（精度：10 μm）3D打印设备加工模具后经聚乙烯醇（PVA）/磷酸（H3PO4）翻模制备而成。相关研究成果以“Highly sensitive and wide-range iontronic pressure sensors with a wheat awn-like hierarchical structure”为题发表在期刊《Journal of Colloid and Interface Science》上。杭州师范大学材料与化学化工学院研究生王静为第一作者，杭州师范大学材料与化学化工学院朱雨田教授、陈建闻副教授为共同通讯作者。基于麦芒仿生结构的离-电式柔性压力传感器是由两个柔性透明电极层（银纳米线（AgNWs）/聚氨酯（TPU）/离子液体（IL））和一个具有麦芒仿生阵列结构的PVA/H3PO4介电层以“三明治”结构组装形成（图1）。EDL在PVA/H3PO4介电层与AgNWs/TPU/IL透明电极层的界面处形成。在施加外力之前，对于顶部电容器，界面接触只发生在PVA/H3PO4阵列顶部与电极层之间（图1d1）。此时，只有少量离子被吸引到电极表面，因此，EDL电容值较低。施加外力后，PVA/H3PO4介电层中的金字塔向同一方向倾斜，导致顶部电极与介电层的界面接触增多（图1d2）。同时，AgNWs的导电网络变得更加致密，底部电极与介电层之间的界面接触更加紧密。因此，传感器的电容值随着介电层与电极界面接触面积的增加而显著增大。当施加在传感器上的压力进一步增加时，PVA/H3PO4金字塔继续倾斜，从而导致传感器的电容持续增加（图1d3）。因此，基于麦芒仿生结构的PVA/H3PO4介电层的独特结构演变将赋予该离-电式柔性压力传感器高灵敏度和宽检测量程。 图1. （a）透明电极的制备，（b）具有麦芒仿生结构介电层的制备，（c）所制备传感器的结构示意图，（d）压力传感器响应机制示意图。电极和介电层的微观形貌对离-电式柔性压力传感器的压力传感性能具有重要影响。从电极和介电层的SEM图像可以看出，PVA/H3PO4介电层表面存在数个向同一方向倾斜的金字塔状阵列结构，与麦芒的结构相似。这些金字塔朝同一方向倾斜10 °，金字塔状结构宽为300 mm、高为800 mm（图2a1, a2, b1, b2）。从电极的微观扫描图可以看到大部分AgNWs均匀嵌入TPU基体中，少数AgNWs位于TPU基体表面（图2c1, c2）。此外，AgNWs的直径和长度分别约为110 nm 和20 mm，所制备的AgNWs具有大的长径比，这有利于AgNWs之间相互搭接形成导电网络。 图2. （a1，a2）PVA/H3PO4介电层的俯视SEM图像，（b1，b2）PVA/H3PO4介电层截面SEM图像，（c1）AgNWs的SEM图像，（c2）AgNWs/TPU/IL电极的SEM图像，（d-f）麦芒状PVA/H3PO4介电层加载前后形貌演变的SEM图。将不同H3PO4含量的PVA/H3PO4介电层定义为PVA/H3PO4（x），其中x表示H3PO4与PVA的质量比。随后，对比了不同PVA/H3PO4(x)介电层的离-电式压力传感器在外加压力下的相对电容变化（ΔC/C0，ΔC=C-C0，C为实时电容值，C0为初始电容值）。当H3PO4与PVA的比值从0.4增加到1.2时，传感器在1 N负载下的ΔC/C0值从18.72增加到81.76 （图3a-c）。这是因为当H3PO4与PVA的比例增加时，介电层模量的降低会导致EDL界面的变形和接触面积增大。然而，当介电层中H3PO4含量进一步增加时，传感器的C0显著增加，导致ΔC降低。因此，传感器的ΔC/C0值显著降低（图3d）。 图3. 基于PVA/H3PO4(0.4)（a）、PVA/H3PO4(0.8)（b）、PVA/H3PO4(1.2)（c）和PVA/H3PO4(1.6)（d）的传感器在0.1 N、0.5 N和1.0 N负载下的相对电容变化。从压缩过程中传感器的ΔC/C0随压力变化的演变曲线（图4a）可知，由于介电层/电极界面接触面积的连续变化，该压力传感器的有效检测量程可达238 kPa，其灵敏度在低压下高达47.65 kPa-1。除了压力检测量程和压力灵敏度外，在循环负载下压力响应信号的稳定性在应用中也至关重要。该传感器在小压力（100 Pa）和较大压力（150 kPa）刺激下的压缩/释放循环测试中均表现出较高的稳定性（图4b, c）。在0.025 N-0.1 N-0.025 N范围内压缩/释放循环测试过程中，该传感器能够精确地识别压力变化并输出相应的电容信号，而且其压力响应信号的可重复性高（图4d）。此外，本工作还研究了不同加载速率（3 mm/min、5 mm/min、7 mm/min、9 mm/min）下，传感器在0.1 N压力下的电容响应信号（图4e）。显然，电容信号与加载速率无关，从而进一步保证了传感器的可靠性。该传感器的响应时间和恢复时间分别为13 ms 和12 ms （图4f），明显低于人体皮肤的响应/恢复时间（几十到几百毫秒）。在超6000 次的循环加载测试中，该传感器电容信号的振幅没有明显下降（图4g），说明该离-电式压力传感器具有出色的重复性、稳定性和耐用性。 图4.（a）基于麦芒仿生结构介电层的传感器在0 ~ 238.65 kPa压力范围内的ΔC/C0演变曲线，（b）在100 Pa循环加载下的ΔC/C0演变曲线，（c）在100 Pa循环加载下的ΔC/C0演变曲线，（d）在不同力（0.025 N、0.05 N 和 0.1 N）加载下的ΔC/C0演变曲线，（e）在不同加载速率（3、5、7、9 mm/min）下对0.1 N加载下的ΔC/C0演变曲线，（f）离-电式压力传感器的响应/恢复时间，（g）在加载压力为0.05 N、加载速度为5 mm/min条件下的6000次循环试验中传感器的ΔC/C0演变曲线。为了评估该传感器在个人健康监测、人体运动监测、信息加密传输等方面的潜在应用，本工作做了以下的演示实验（图5）。该传感器可以灵敏地感知水滴逐滴滴加的微弱压力（约1.08 Pa），显示出较高压力的检测精度（图5a）。此外，志愿者手腕的微弱脉冲信号P、T、D特征波也可以被该传感器检测到（图5b）。该传感器还可以通过观察ΔC/C0峰值的频率来监测和区分人体的运动状态。当志愿者行走、站立、快走时，贴在志愿者鞋底的传感器的ΔC/C0值会发生相应的变化（图5c）。该传感器还可以根据摩尔斯电码的规则，对信息进行加密和转换（图5d）。图中显示了我们的传感器对信息（“sensor”）进行了加密和转换。同时，本工作构建了用于盲文识别的传感器阵列。通过将阵列传感器放置在盲文上，对阵列传感器施加一定的压力，就可以根据ΔC/C0的差值来识别凸起的位置。在相同载荷下，凸起上方传感器的ΔC/C0值大于平坦上方传感器。ΔC/C0的不同值可以转换成声音信号传输给盲人，实现盲文识别。图5e显示了所设计的传感器阵列对“化学”盲文的识别情况。此外，该传感器阵列具有优异的光学透明度（图5f），且可以通过观察传感器ΔC/C0值差异所产生的压力映射图像的颜色和位置来识别“H”、“Z”、“N”、 “U”四个字母，在智能机器人和足部医疗诊断领域具有良好的应用前景。 图5.（a）传感器对水滴产生的微弱压力刺激产生的电容响应信号，（b）传感器检测到的脉冲信号，它清晰地显示了脉冲信号的三个特征波，（c）传感器检测的人体运动的电容响应，（d）“sensor”信息的加密和翻译，（e）对“化学”盲文信息的识别，（f）传感器阵列的光学照片和图片，（g）“H”、“Z”、“N”、“U”压力图的识别。该离-电式柔性压力传感器具有高透明度和优异的传感性能，在人机界面、柔性显示器、可穿戴设备等领域具有应用前景。在工作中，我们组装了一个由2 × 3阵列传感器组成的透明智能手环，以评估其在可穿戴智能设备中的应用。手环的每个传感器都用一个通用短语编程，然后设计成一个快捷键。当用户触摸传感器时，传感器的电容会发生明显的变化，并使用数据采集系统记录电容信号。然后，将电容信号转换成相应的短语，通过蓝牙传输到计算机上。这种柔性透明的智能设备在人机交互和移动设备方面显示出巨大的潜力。 图6. 传感器在智能手环中的应用演示结论：综上，研究团队基于麦芒仿生多级结构开发了一种兼具高灵敏和宽量程的离-电式压力传感器。该新颖的结构设计使得介电层/电极层界面在压力作用下的接触面积持续增大，从而使传感器的电容信号规律变化，对传感器的可检测量程和灵敏度的提高起到了至关重要的作用。此外，透明电极和PVA/H3PO4介电层赋予传感器良好的光学透明度。所获得的传感器具有高灵敏度（47.65 kPa-1）、宽检测量程（1.08 Pa-238 kPa）、出色稳定性以及良好的透明度。此外，该传感器可以设计成透明的智能手环和智能窗口，在健康监测、可穿戴电子设备和电子皮肤等方面具有应用潜力。

作为全球高精度3D打印领军企业，5 月 22 日- 25 日，摩方精密携高精度3D打印设备、创新样件及解决方案来到澳门，与全球顶尖科技创新力量一起，亮相第四届BEYOND国际科技创新博览会（BEYOND Expo 2024）。图：中国澳门特别行政区行政长官贺一诚在科技博览会现场巡展本届大会设立了近十万平方米的展区，吸引来自全球的数百家企业参加，包括500强公司、大型跨国企业、独角兽创新企业以及新型前沿创新企业，为科技创新企业、投资人和科技爱好者们带来一场前所未有的科创盛宴。摩方精密展区不仅展示了利用摩方高精度制造能力打印的丰富多样的精细样件，还展出了一台尖端设备—2微米超高精度3D打印设备microArch® S230A。它是极限微纳复合树脂增材制造设备，可用于生物医疗、精密电子、仿生、微流控、传感等多个科研和工业领域，可实现小批量、规模化精密仪器的生产制造。搭载自动化操作系统，集成平台自动调平，绷膜自动调平和滚刀自动调节三大功能，使工艺参数设置、液面调平、流平时间等步骤实现全自动作业模式。支持高黏度树脂材料，搭载液槽加热系统，地域适配性广，兼容更多材料加工，满足多元化的应用场景。图：澳门科技总会会长、BEYOND国际科技创新博览会创办人贺建东（左二）到访摩方精密展台展会现场还设置了丰富的前沿趋势领域议题，吸引了超过250位来自不同领域的全球领军人物参与，共同探讨科技创新热点话题，为参会者带来了深刻的见解和独特的国际视角，促进跨行业、跨领域的深度对话。摩方精密作为用颠覆性精密制造技术跨行业赋能包括医疗、电子、新能源、AI等各领域的创新型企业，很早就启动了国际平台战略，具备丰富的国际视野。据了解，截至2024年4月，摩方精密已与来自全球35个国家的2100多位客户建立了合作关系。图：广东恒健投资控股有限公司领导参观摩方精密展位为期四天的博览会集中展现了科技创新在各领域的最新成果和发展趋势，共计吸引超过两万人次参会。摩方作为全场罕见的高精度打印创新制造企业代表，同样吸引了不同行业企业领军人物、投资人和科技爱好者的大量围观。图：摩方对各行业强大的赋能能力吸引了不同行业参会者的围观随着展会落下帷幕，一些在展会上首次接触到摩方精密制造能力的各行业代表、投资人，纷纷发来实地探访邀约。未来，摩方将继续致力于精密制造能力的创新和突破，在设备、服务、技术创新、终端应用等方面全面推进，致力于用高精密制造为科技创新赋能，推动医疗、电子、新能源、AI应用等高精尖制造领域的发展，为国内制造业转型升级持续供给能力与效率。