来自德国马克斯·普朗克智能系统研究所、苏黎世联邦理工学院、瑞典皇家理工学院、新加坡国立大学以及土耳其科奇大学的国际研究团队，于近期在《自然》期刊上发表了一项开创性的研究成果。

该团队开发了一种全新的光流体三维微制造与纳米制造技术，能够利用金属纳米颗粒、金属氧化物、金刚石纳米颗粒和量子点等多种粒状材料，制造完全三维的微结构。

这项技术将几何成型与材料组成进行了分离，旨在解决高分辨率微尺度3D打印中长期存在的材料局限性问题。

具体而言，该方法首先使用双光子聚合制造一个中空的聚合物微模板。

随后将该模板浸入含有目标纳米颗粒或微米颗粒的悬浮液中，并使用飞秒激光照射结构开口附近。

激光产生的局部热梯度在周围流体中引发强烈的对流流动，从而将颗粒输送至模板的封闭空腔内并组装成预设的三维形状。

组装完成后，通过等离子体处理移除聚合物模板，最终留下一个由密集堆积的目标纳米颗粒构成的独立式微结构。

研究人员表明，成功的组装取决于颗粒间吸引力与激光诱导流动产生的流体动力阻力之间的平衡。

通过调整离子强度、溶剂成分等参数，他们建立了可预测的组装机制，组装速率可达每分钟10^5个颗粒，接近微尺度器件制造的实际产量需求。

该技术展示了广泛的材料兼容性，已成功用于组装二氧化硅、二氧化钛、氧化铁、氧化钨、氧化铝、银、金刚石纳米颗粒以及碲化镉量子点等材料的结构。

它支持从几十纳米到几微米尺寸的颗粒，并能实现混合颗粒组装、位置选择性和顺序性组装。

研究团队还展示了以此技术制造的功能性微器件。

例如，嵌入在3D打印微流道内的颗粒组装微阀，可根据尺寸选择性过滤和富集纳米颗粒。

此外，他们还制造了具有多模态驱动的微机器人，包括磁致动的氧化铁结构、光驱动的二氧化钛-金微马达，以及能响应多种刺激的多材料机器人，实现了翻滚、直线推进等不同的运动模式。

这项光流体装配方法，通过实现由更广泛的粒状材料制造体积微结构，为解决双光子聚合技术固有的材料兼容性限制提供了新路径。