传统3D微纳制造长期困于“一种材料”的牢笼——无论结构设计多么精妙，最终只能由聚合物构成，如同手握顶级建模软件却只有一捧黏土。如今，这道持续二十年的材料壁垒被一道“光流”击穿。

德国马克斯·普朗克智能系统研究所与新加坡国立大学联合团队，成功开发出一种基于光流体效应的3D自组装技术，首次实现金属、金属氧化物、碳材料、半导体等多种功能材料的自由微纳结构成型。该研究于2026年2月1日发表于《自然》杂志，被评价为微纳制造领域“从单一黏土到完整工具箱”的范式跃迁。

一、科创亮点：三把钥匙解锁“万物可雕”

1. 核心机理：飞秒激光驱动的“光流之手”

传统双光子聚合(2PP)依赖光引发剂使液态树脂交联固化，材料选择天然受限。新技术彻底摒弃光化学反应路径，转而利用飞秒激光在纳米颗粒悬浮液中诱导局部热梯度。

当激光聚焦于溶液中某一点，瞬时加热形成微型“热点”，驱动周围流体产生定向对流——这股被称为“光流”的微力，如同无形却精准的机械手，将悬浮的纳米/微米级颗粒推入预设模具腔体，层层堆积成型。材料本身的化学性质无关紧要，颗粒是什么，结构就是什么。

2. 工艺突破：微模具引导的自由几何学

团队引入“可去除聚合物模具”概念，模具侧面设有微米级开口，作为颗粒的唯一入口。光流将颗粒精准送入模腔，填满复杂曲面乃至悬空结构。成型后通过温和后处理溶解模具，留下完全由目标材料构成、无有机残留的纯物质微结构。

实验已验证的模具几何体包括立方体、球体、环形，以及极具挑战性的牛角面包形三维曲面——扫描电镜图像显示，由二氧化硅纳米颗粒组装的曲面结构表面光滑、棱线清晰，无塌陷或裂纹。

3. 性能验证：范德华力撑起机械稳定性

颗粒间虽无化学键合，但纳米尺度下的范德华力足以实现自支撑。所有测试结构在干燥、转移及后续操作中均表现出优异的机械稳定性，为功能器件集成奠定基础。

二、应用前景：从“演示结构”到“功能系统”

已实现的里程碑：两种微型功能装置

研究团队并非止于展示复杂造型，而是直接制造出可工作的微型系统：

微型过滤阀

由二氧化硅颗粒组装而成，内部通道尺寸精确可控，可在微流控芯片中按粒径分离混合颗粒，展现实际流体操控能力。

多材料集成微型机器人

同一结构体内集成不同材料区域，既可通过光场驱动前进，又可在外加磁场下切换运动模式。这种多场响应能力在单一聚合物器件中无法实现，为微型机器人的“肌肉”与“骨骼”提供了真实材料基础。

未来三大爆发方向

1. 智能药物递送

可制造含磁性导航层、药物载体腔体、可控释放阀门的全功能微型胶囊，实现靶向输送与按需释放。

2. 体内微型手术机器人

金属与半导体材料的集成意味着可植入电驱动、传感与通信模块，尺寸缩小至细胞尺度。

3. 高密度微传感与光电子

直接成型半导体氧化物(如ZnO、TiO₂)微结构，用于超微型气体传感器、光学超表面或片上光互联。

三、产业价值：填补“功能微制造”空白

当前微机电系统(MEMS)依赖光刻/蚀刻，限于硅基平面工艺;双光子聚合3D打印虽能造复杂形貌，却困于聚合物。本技术首次在“任意几何”与“任意材料”之间架起桥梁，且设备基础为商用飞秒激光系统，无需从零开发光刻产线，技术转化成本可控。

对于高端设备制造而言，这项突破意味着：微型机器人的“身体”不再只能用塑料捏合，而可以拥有金属的骨架、半导体的神经、氧化物的皮肤。

来源：德国马克斯·普朗克智能系统研究所， 新加坡国立大学；题目：光流驱动3D微纳制造：突破聚合物材料限制的多功能微系统集成(注：新闻源中未提供论文原始英文标题，此为根据报道内容编译的标准学术题名，精准对应研究核心贡献)发表于：《自然》(2026年2月1日)。