Nature|卷对卷3D打印微纳颗粒

一、【科学背景】

微纳尺度颗粒广泛应用于生物医学、药物输送、微电子和微流体等领域，但大规模定制生产此类颗粒极富挑战。传统的微纳尺度颗粒制造分为自下而上和自上而下两种方法。研磨、乳化、沉淀、成核生长和自组装是典型的自下而上颗粒制造方法，具有高通量制造的特点，但会导致颗粒的非均匀性，对形状和均匀性的控制有限。直接光刻、单步滚对滚软光刻和多步模具制造是自上而下的制造方法，但面临尺寸调控难、工艺复杂、生产速度慢，材料选择少和可置换性差的挑战。

二、【科学贡献】

针对目前颗粒制造方法存在的问题，美国斯坦福大学Joseph M. DeSimone教授团队基于卷对卷连续液界面生产技术（r2rCLIP），提出了一种可扩展的，高分辨率的3D打印技术，使用具有单数字微米级分辨的光学与连续胶卷代替传统静态平台，实现了具有特定形状微纳颗粒制造。

图1 r2rCLIP是具有复杂几何形状的粒子的快速制造工艺

研究者演示了采用卷对卷连续液界面生产技术实现不同材料、不同形状的微纳颗粒的快速制备。同时展示了该技术的可模塑和不可模塑形状，其体素尺寸在打印平面上小至2.0 × 2.0µm²，无支撑厚度为1.1±0.3µm，速度高达每天1,000,000个颗粒。该技术生产的微纳颗粒不仅可以实现复杂的几何结构和尺寸调控，而且具有极强的兼容性和普适性，在生物医学分析和先进材料中具有广泛应用前景。

图2 r2rCLIP适用于一系列高分辨率的内部和商业材料，具有高精度优化

图3 r2rCLIP制造的可模塑和不可模塑形状的SEM图像（比例尺，250µm）

图4 通过r2rCLIP制造的颗粒，实现包括陶瓷颗粒和药物输送的系列应用

三、【创新点】

研究者使用单数字微米级分辨率的光学与连续胶卷（代替静态平台）相结合，开发了一种可扩展、高分辨率的卷对卷连续液界面生产 3D打印技术，能够快速、可变的制造和收获具有各种材料和复杂几何形状的微纳颗粒。

四、【科学启迪】

通过本文提出的连续液体界面生产技术，研究人员可以实现微米级精度的3D打印，同时保持高生产速度和材料选择的灵活性，这种可扩展的颗粒生产技术在广泛的范围内展示了制造潜力，从陶瓷到水凝胶歧管，在微型工具、电子和药物输送方面具有潜在的应用前景。未来的研究可以在之前的给药载体动力学研究基础上，利用分子量和壁厚的可调特性，实现可编程的货物释放托盘，或通过不同的预陶瓷配方来研究该工艺的有效性，探索其在陶瓷制造的潜在应用。

原文详情：https://doi.org/10.1038/s41586-024-07061-4