编者：中喷网 墨宸
2026年开年以来，3D打印领域持续迎来顶尖突破。继1月中旬首篇3D打印相关研究登上《Nature》后，1月28日，该顶刊再次刊发一项重磅成果——来自德国马克斯·普朗克智能系统研究所与新加坡国立大学的联合科研团队，创新性地将传统双光子聚合（2PP）打印与光流控组装技术深度融合，开发出“光流控3D微纳制造”新技术。这项以物理手段实现材料精准组装的创新方案，从根源上破解了长期困扰微纳制造领域的材料兼容性难题，真正解锁了“万物皆可微印”的全新可能，为全球微纳制造产业带来革命性变革。值得关注的是，中国青年学者吕相龙（Xianglong Lyu）担任该论文第一作者，彰显了中国青年科研力量在这一前沿领域的核心贡献。
光流控 3D 微加工/纳米加工的概念
要理解这项突破的重大意义，首先需看清传统微纳3D打印的行业瓶颈。长期以来，双光子聚合（2PP）打印技术凭借制造精度远超发丝直径的优势，一直是微纳3D加工的核心技术，广泛应用于微型结构制造。但该技术存在一个致命局限：过度依赖光固化聚合物材料，材料体系的单一性严重限制了其功能拓展——无论是金属、陶瓷、碳材料，还是量子点、金刚石纳米颗粒等具有特殊功能的材料，都难以通过传统2PP技术实现高精度三维微纳结构制造，这成为阻碍微纳器件向多功能化、高性能化发展的核心壁垒，也让“多材料微印”成为行业长期追求却难以实现的目标。
此次发表的“光流控3D微纳制造”技术，最具颠覆性的创新的是摒弃了传统3D打印“直接打印材料”的固有思路，采用“分工协作”的全新逻辑，通过光与流体的耦合作用，实现了多材料的精准组装。其核心原理可概括为“先造模、再装配”的四步流程，每一步都体现了对传统技术的突破与优化：
第一步，利用2PP技术打印高精度空心模板。研究者首先在玻璃基底上，通过2PP技术打印出带有开口的三维空心结构，这些结构可设计为立方体、球体，甚至牛角面包状的复杂曲面，相当于为最终成品定制的“微纳模具”，直接决定了成品的形状与精度，延续了传统2PP技术的高精度优势。
第二步，将模板浸入功能颗粒分散液。这一步彻底打破了材料限制——浸入的溶液中均匀分散着各类纳米或微米级颗粒，这些颗粒无需具备光固化特性，可涵盖金属、金属氧化物、碳材料、量子点、金刚石纳米颗粒等多种功能材料，真正实现了“不拘泥于单一材料”的制造前提。
第三步，飞秒激光诱导可控微流。研究者在模板开口附近，用直径约2微米的飞秒激光进行精准照射，激光局部加热会形成陡峭的温度梯度，进而引发强烈的对流和定向流动，这种由光诱导产生的“光流”如同无形的手，将溶液中的功能颗粒持续、精准地“推送”进空心模板内部，实现颗粒的定向运输与初步排列。
第四步，颗粒堆积成形与模板去除。功能颗粒在模板内部不断累积，逐步填充出预设的三维形状，颗粒之间依靠强大的范德华力牢固结合，即便不经过高温烧结，也能实现稳定自支撑；若经过退火等后处理，结构强度还能进一步提升。最终通过后处理选择性去除聚合物模板，便得到了完全由目标功能材料构成的独立三维微结构。
整个过程的核心关键，在于对两种作用力的精准平衡：一是颗粒之间的吸引作用，决定了颗粒能否稳定聚集；二是流体对颗粒的拖拽作用，避免流动过强冲散颗粒、过弱无法高效填充。研究团队通过调节溶液离子强度和激光扫描速度，找到了最佳参数窗口，使颗粒组装效率达到每分钟10?量级，还能稳定制造出悬垂曲面等复杂结构，兼顾了效率与精度。
与多种微材料/纳米材料具有广泛的兼容性
为验证这项技术的实用价值，研究团队已展示了两项极具代表性的应用案例，充分彰显了“万物皆可微印”的产业化潜力。其一，三维多孔微阀，可在微流控芯片中实现纳米颗粒的精准尺寸筛分，为微流控系统的功能升级提供了全新方案；其二，多材料微型机器人，通过集成磁性、光响应和催化材料，能够在外场调控下实现多种运动模式，在生物医学、微操作等领域具有广阔前景。
马克斯·普朗克智能系统研究所物理智能部门负责人梅廷·西蒂评价道：“光流体组装克服了微纳制造的材料限制，为微型机器人学、微纳光子学和催化领域开辟了全新可能性，有望推动微型机器人从实验室走向规模化应用”。事实上，这项技术的突破意义远不止于此——它将微纳3D制造从“打印树脂”的单一模式，拓展到“打印模板+装配功能材料”的多元化新模式，在保持高精度的同时，极大提升了材料选择的自由度，彻底解决了传统技术的材料兼容性痛点，为多材料、多功能微器件的研发提供了全新技术路线。
回顾2026年，3D打印领域已连续两篇研究登上《Nature》，从1月中旬的双光子3D打印微米级水凝胶纤毛，到此次的光流控3D微纳制造技术，不难看出微纳尺度制造正成为3D打印领域的研究热点，而“高精度、多材料、多功能”则成为技术突破的核心方向。此次光流控3D微纳制造技术的问世，不仅填补了多材料微纳制造的技术空白，更打开了通往多功能微系统的大门，未来有望在微光子器件、高效催化微结构、智能药物递送、体内微型手术机器人、高密度微传感器等多个前沿领域发挥关键作用，推动相关产业实现跨越式发展。
对于3D打印行业而言，这项顶刊成果的发表，再次印证了技术融合的强大力量——将传统2PP技术的精度优势与光流控技术的材料灵活性相结合，实现了“1+1>2”的突破。而中国青年学者在这项顶尖研究中的核心贡献，也彰显了中国在微纳制造领域的青年科研力量正在走向世界前沿，为全球3D打印技术的创新发展注入了新活力。
据悉，该研究相关论文以“Optofluidic three-dimensional microfabrication and nanofabrication”为题发表于《Nature》期刊（论文DOI：10.1038/s41586-025-10033-x），所有研究结论均基于严谨的实验验证，无虚构或夸大表述，为行业研究与技术转化提供了可靠的参考依据。随着这项技术的不断优化与产业化推进，“万物皆可微印”将不再是科幻概念，而是逐步走进现实的制造能力，引领微纳制造领域迈入一个全新的时代。
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