近日，東南大學(xué)生物科學(xué)與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院、生物電子學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室顧忠澤教授團(tuán)隊(duì)在《Advanced Materials》雜志上報(bào)道了一種新型的毛細(xì)力誘導(dǎo)自組裝方法（Capillary‐Force‐Driven Self‐Assembly of 4D‐Printed Microstructures）。該方法用4D打印的微結(jié)構(gòu)取代傳統(tǒng)的高長徑比結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了雙向（傳統(tǒng)自組裝和4D自組裝）且可逆的自組裝。

在該方法中，通過控制雙光子掃描路徑之間的距離（圖1a），可以實(shí)現(xiàn)光刻膠微結(jié)構(gòu)內(nèi)部交聯(lián)度的非對稱分布。非對稱的交聯(lián)度使得打印的結(jié)構(gòu)能夠在豎直（乙酸乙酯中）和彎曲（正戊烷或者異丙醇中）狀態(tài)間多次快速切換。這些彎曲結(jié)構(gòu)具有傳統(tǒng)的3D打印方法難以實(shí)現(xiàn)的可控厚度、曲率和光滑的表面。當(dāng)不同的液體揮發(fā)時(shí)， 4D打印微結(jié)構(gòu)能夠展現(xiàn)三種不同的狀態(tài)：I）形成中心靠攏的傳統(tǒng)簇狀結(jié)構(gòu) （例如圖b）；II）保持彎曲結(jié)構(gòu)（例如圖c）；III）向彎曲方向組裝（4D 自組裝） （例如圖d）。與常規(guī)方法相比，該方法不依賴于結(jié)構(gòu)間距離，且制備的多種自組裝圖案的產(chǎn)率都可達(dá)到100%（圖2）。更重要的是，基于這三種可逆的狀態(tài)，可以開發(fā)多種具有前景的應(yīng)用，例如可逆潤濕控制（圖3），微觀機(jī)器人的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)，微觀折紙和封裝（圖4）。

圖1 a) 微觀4D打印同時(shí)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)自組裝和4D自組裝。b–d) 基于4D打印微結(jié)構(gòu)制備的閉合、半開、全開的蝴蝶翅膀模型。標(biāo)尺：20 μm。

圖2 不同的4D自組裝圖案。標(biāo)尺：20 μm。

圖3 基于4D打印微結(jié)構(gòu)自組裝的可逆潤濕控制。標(biāo)尺：50 μm（大圖）， 10 μm（小圖）。

圖4 基于4D打印微結(jié)構(gòu)自組裝的微觀折紙和封裝。標(biāo)尺：50 μm（大圖）， 10 μm（小圖）。

該論文的第一作者為東南大學(xué)生物科學(xué)與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院、生物電子學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士生劉小將（目前為新加坡南洋理工周琨教授組博后），通訊作者為顧忠澤教授。該工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、重大儀器專項(xiàng)、國自然重點(diǎn)項(xiàng)目等支持。顧忠澤教授課題組主要從事人體器官芯片、生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)、光子晶體、仿生可控微結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域的研究，前期在微觀3D打印方面有著比較好的研究積累（Adv. Mater. 2018. 30, 1800103; Nat. Commun. 2020, 11, 5732; Adv. Sci. 2020, 2, 202000878; Adv. Funct. Mater. 2019, 30, 1901760; Small 2019. 15, 1902360）。

論文鏈接

https://doi.org/10.1002/adma.202100332

相關(guān)進(jìn)展

顧忠澤、蔣興宇等當(dāng)選美醫(yī)學(xué)與生物工程院 Fellow

東南大學(xué)顧忠澤教授課題組：柔性PDA薄膜陣列用于雙模光學(xué)檢測VOC標(biāo)志物氣體

東南大學(xué)顧忠澤教授課題組：顯示信息可加密的新型多重響應(yīng)柔性光功能薄膜

東南大學(xué)趙遠(yuǎn)錦教授和顧忠澤教授團(tuán)隊(duì)：石墨烯水凝膠結(jié)構(gòu)色條紋用于智能防偽動(dòng)態(tài)條碼