不受限制的微型机器人的3D和4D光刻

       在过去的几十年里，增材制造（AM）也被称为3D打印，拥有先进的微/纳米制造技术，特别是在轻量化工程、光学、能源和生物医学等领域。增材制造涵盖的聚合物范围包括热塑性塑料、热固性塑料、弹性体、水凝胶、功能聚合物、聚合物混合物、复合材料和生物材料。这些材料可以通过不同的制造方法进行加工，包括还原光聚合、粉末床熔化、材料和粘合剂喷射、薄板层压、挤出和3D生物打印。在这些3D打印技术中，双光子聚合（TPP）技术提供了最高的分辨率（即使在纳米尺度），再现性和可能性创建单一的3D复杂结构与各种材料（如有机和无机，活性和非活性）。此类活性物质在施加刺激后会改变其形状，或在某些条件下随时间而降解，从而使其变得动态且可重新配置（也称为4D打印）。这在医学微机器人领域特别有趣，因为需要复杂的功能，如与生物样品的温和相互作用、在小毛细血管中移动时的适应性、可控的货物释放剖面和对封装货物的保护。

       近日，德国德累斯顿莱布尼茨固体材料研究所Medina-Sánchez, Mariana教授团队回顾了双光子聚合的物理、化学和工程原理，并提出了一些创新，包括使用微成型和微流控技术，并解释了这种制造方案如何为微型机器人提供其他功能和应用机会。通过将TPP与新兴的智能/智能材料相结合，已探索出一种制造不受束缚的微型机器人的新途径，该微型机器人可以在外部或局部刺激下随时间改变形状或功能。由传统聚合物制成的3D打印微型机器人在其整个产品生命周期中都保持相同的形状和特性。相反，4D打印的微型机器人将时间作为第四维度，通过响应诸如温度、力、剪切力、pH值、光和电/磁辐射等刺激，以预定义的方式具有变形能力。4D光刻基于智能材料的可控转换机制将这些智能响应结合到预编程设计中，以实现各种应用所需的结构和功能。可以考虑用多种智能材料制造微型机器人，并结合纳米和生物材料进行原位化学反应、生物功能化或成像的可能性。根据微型机器人的动力机理、功能和体系结构对其进行分类，最后讨论该领域的未来发展方向。相关研究发表在《Progress in Materials Science》上。（徐锐）

      文章链接：F. Rajabasadi, L. Schwarz, M. Medina-Sánchez, et al. 3D and 4D Lithography of Untethered Microrobots[J]. Progress in Materials Science, 2021. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2021.100808