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  毛細力誘導自組裝技術可以規模化地制備可控微結構（Controlled Microstructural Architectures，CMA），因此在潤濕、黏附、力學、光學、電學，生物學等領域得到廣泛應用。傳統的高長徑比結構不能對外界刺激做出可逆的變形，因此其自組裝一直都是單方向的，從而限制了其學術價值和實際應用。近幾年來，微觀3D打印技術，特別是基于雙光子聚合的3D光刻技術發展迅速，使得制備刺激相應的3D微結構（4D打印微結構）成為可能。

  近日，東南大學生物科學與醫學工程學院、生物電子學國家重點實驗室顧忠澤教授團隊在《Advanced Materials》雜志上報道了一種新型的毛細力誘導自組裝方法（Capillary‐Force‐Driven Self‐Assembly of 4D‐Printed Microstructures）。該方法用4D打印的微結構取代傳統的高長徑比結構，實現了雙向（傳統自組裝和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），可以實現光刻膠微結構內部交聯度的非對稱分布。非對稱的交聯度使得打印的結構能夠在豎直（乙酸乙酯中）和彎曲（正戊烷或者異丙醇中）狀態間多次快速切換。這些彎曲結構具有傳統的3D打印方法難以實現的可控厚度、曲率和光滑的表面。當不同的液體揮發時， 4D打印微結構能夠展現三種不同的狀態：I）形成中心靠攏的傳統簇狀結構 （例如圖b）；II）保持彎曲結構（例如圖c）；III）向彎曲方向組裝（4D 自組裝） （例如圖d）。與常規方法相比，該方法不依賴于結構間距離，且制備的多種自組裝圖案的產率都可達到100%（圖2）。更重要的是，基于這三種可逆的狀態，可以開發多種具有前景的應用，例如可逆潤濕控制（圖3），微觀機器人的動態驅動，微觀折紙和封裝（圖4）。

圖1 a) 微觀4D打印同時實現傳統自組裝和4D自組裝。b–d) 基于4D打印微結構制備的閉合、半開、全開的蝴蝶翅膀模型。標尺：20 μm。

圖2 不同的4D自組裝圖案。標尺：20 μm。

圖3 基于4D打印微結構自組裝的可逆潤濕控制。標尺：50 μm（大圖）， 10 μm（小圖）。

圖4 基于4D打印微結構自組裝的微觀折紙和封裝。標尺：50 μm（大圖）， 10 μm（小圖）。

  該論文的第一作者為東南大學生物科學與醫學工程學院、生物電子學國家重點實驗室博士生劉小將（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研發計劃、重大儀器專項、國自然重點項目等支持。顧忠澤教授課題組主要從事人體器官芯片、生物醫學大數據、光子晶體、仿生可控微結構等領域的研究，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