Nature|卷對卷3D打印微納顆粒

一、【科學背景】

微納尺度顆粒廣泛應用于生物醫學、藥物輸送、微電子和微流體等領域，但大規模定制生產此類顆粒極富挑戰。傳統的微納尺度顆粒制造分為自下而上和自上而下兩種方法。研磨、乳化、沉淀、成核生長和自組裝是典型的自下而上顆粒制造方法，具有高通量制造的特點，但會導致顆粒的非均勻性，對形狀和均勻性的控制有限。直接光刻、單步滾對滾軟光刻和多步模具制造是自上而下的制造方法，但面臨尺寸調控難、工藝復雜、生產速度慢，材料選擇少和可置換性差的挑戰。

二、【科學貢獻】

針對目前顆粒制造方法存在的問題，美國斯坦福大學Joseph M. DeSimone教授團隊基于卷對卷連續液界面生產技術（r2rCLIP），提出了一種可擴展的，高分辨率的3D打印技術，使用具有單數字微米級分辨的光學與連續膠卷代替傳統靜態平臺，實現了具有特定形狀微納顆粒制造。

圖1 r2rCLIP是具有復雜幾何形狀的粒子的快速制造工藝

研究者演示了采用卷對卷連續液界面生產技術實現不同材料、不同形狀的微納顆粒的快速制備。同時展示了該技術的可模塑和不可模塑形狀，其體素尺寸在打印平面上小至2.0 × 2.0μm²，無支撐厚度為1.1±0.3μm，速度高達每天1,000,000個顆粒。該技術生產的微納顆粒不僅可以實現復雜的幾何結構和尺寸調控，而且具有極強的兼容性和普適性，在生物醫學分析和先進材料中具有廣泛應用前景。

圖2?r2rCLIP適用于一系列高分辨率的內部和商業材料，具有高精度優化

圖3 r2rCLIP制造的可模塑和不可模塑形狀的SEM圖像（比例尺，250μm）

圖4?通過r2rCLIP制造的顆粒，實現包括陶瓷顆粒和藥物輸送的系列應用

三、【創新點】

研究者使用單數字微米級分辨率的光學與連續膠卷（代替靜態平臺）相結合，開發了一種可擴展、高分辨率的卷對卷連續液界面生產 3D打印技術，能夠快速、可變的制造和收獲具有各種材料和復雜幾何形狀的微納顆粒。

四、【科學啟迪】

通過本文提出的連續液體界面生產技術，研究人員可以實現微米級精度的3D打印，同時保持高生產速度和材料選擇的靈活性，這種可擴展的顆粒生產技術在廣泛的范圍內展示了制造潛力，從陶瓷到水凝膠歧管，在微型工具、電子和藥物輸送方面具有潛在的應用前景。未來的研究可以在之前的給藥載體動力學研究基礎上，利用分子量和壁厚的可調特性，實現可編程的貨物釋放托盤，或通過不同的預陶瓷配方來研究該工藝的有效性，探索其在陶瓷制造的潛在應用。

原文詳情：https://doi.org/10.1038/s41586-024-07061-4