摩方精密2023年科研文章汇总（上）

深圳摩方新材科技有限公司

2024/02/02 13:40

赋能量向未来

摩方精密一直以技术创新为原动力，专注于制造高精密微纳3D打印系统及材料。凭借独创的超高精度微纳3D打印技术，为科研人员提供强大的技术支持，使多个领域取得了具有里程碑意义的研究成果。

在探索未知的道路上，各领域不断积累着知识与智慧，每一项科研成果都是对自然界和人类社会更深入一层的理解。过去一年，许多高校机构通过摩方精密微纳3D打印技术，完成多项科研创新项目，涵盖力学、仿生学、微机械、微流控、超材料、新材料、生物医疗以及太赫兹应用八个领域，这不仅是对2023年科研活动的全面梳理，更是对未来科研趋势的可视化预测。

接下来，本篇将重点探讨四个尖端科研领域：力学、超材料、生物医疗、太赫兹应用。

01PART ONE-力学

双梯度表面上的自适应液滴弹跳

■ 发表期刊：《Small》

■ 研究团队：香港理工大学王钻开教授团队

■ 原文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202304635

该团队设计了一种双梯度表面，使得碰撞该表面的液滴在不同的碰撞速度下自动切换至相应的液滴弹跳模式。这种自适应切换的液滴弹跳避免了对液滴碰撞点的操控需求，且在更大的液滴碰撞速度范围内实现了液滴的快速脱离。

团队成员使用摩方精密nanoArch® S140（10μm精度）微纳3D打印机制造微米级别的微针阵列，微针底座300μm，长800μm，微针间距300μm，在SEM图像中展示出良好的形貌和阵列分布。

双梯度表面的设计

02PART TWO-超材料

混合多层级点阵材料的构筑设计与力学性能

■ 发表期刊：《Small》

■ 研究团队：清华大学李晓雁教授课题组

■ 原文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202206024

该课题组采用桁架和平板单胞作为基本单元构筑设计了多种新型的混合多层级点阵结构，并采用面投影微立体光刻设备（microArch® S240，10μm精度）制备了相应的多层级微米点阵材料。

相比于单一层级的平板点阵，桁架-平板混合多层级点阵具有密度更低、易于制备的优点；并且这种混合多层级的设计策略可以扩展至不同尺度和不同组分材料，在构筑轻质且具有优异力学性能的新型结构材料方面具有重要的应用前景。

点阵材料的构筑设计

刚度增强三维内凹负泊松比结构材料

■ 发表期刊：《Smart Materials and Structures》

■ 研究团队：中国工程物理研究院唐昶宇研究员团队和西南交通大学许阳光副教授团队

■ 原文链接：https://doi.org/10.1088/1361-665X/acb1e4

两个团队共同设计了一种新型的三维内凹负泊松比结构材料并对其结构参数与等效弹性模量（与刚度相关）和泊松比的关联机理开展了系统的研究。通过在典型的三维内凹结构上添加箭头结构来实现增强目的，利用微纳3D打印机（nanoArch®P150，25μm精度）制备了增强型结构样品。

结合实验和有限元模拟发现，三维增强型内凹结构的等效弹性模量和负泊松比可以通过不同的结构参数（即厚度比h、斜杆长度比a、竖杆长度比b和重入单元的角度q）进行调整。

RRS2在x方向上的位移云图

03PART THREE-生物医疗

可穿戴式自供电微针贴片用于增强深部黑色素瘤治疗

■ 发表期刊：《Advanced Materials》

■ 研究团队：武汉大学药学院黎威教授和姜鹏副教授课题组

■ 原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202311246

该课题组设计开发了一种集成柔性摩擦电纳米发电机(F-TENG)的可穿戴自供电载药微针(MNs)贴片，旨在增强深部黑色素瘤的治疗。

该贴片通过摩方精密microArch® S240（10μm精度）制备完成，在深部黑色素瘤小鼠模型对比实验中，使用集成的F-MNs贴片的治疗效果优于普通MNs贴片，预示了集成F-MNs贴片在深部肿瘤治疗的巨大潜力。

F-MN贴片的制备与表征

微针机器人实现结肠给药的快速自定位和抗蠕动粘附

■ 发表期刊：《Advanced Functional Materials》

■ 研究团队：厦门大学任磊教授、王苗助理教授和厦门大学附属中山医院蔡顺天副主任医师团队

■ 原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202304276

该团队提出了一种受不倒翁（一种被推倒时能快速恢复定位的玩具）启发的微针机器人，用于穿透结肠粘膜给药，可以免除控制系统、实现快速自我定向和粘附粘膜、对抗生理蠕动，并降低梗阻风险。

该研究构建了一种在毫秒内自导向的微针机器人。它是由机器人、微针阵列和可分离层组成，用于结肠给药。团队成员使用摩方精密公司的nanoArch®S140（10μm精度）微纳3D打印机制造微米级别的微针阵列，该微针阵列用于负载不同浓度的亚甲基蓝染料，探究用于结肠控制释药的微针阵列制造的优化策略。将优化后的微针阵列通过生物降解聚合物制备的可分离层连接在3D打印机器人底部，最终制备得到微针机器人。

快速自定向和结肠给药机制

长效自我监测局麻药微针治疗术后疼痛

■ 发表期刊：《Advanced Functional Materials》

■ 研究团队：武汉大学彭勉教授/黎威教授课题组

■ 原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202314048

该课题组借助“外科手术切口局部的酸性微环境与术后疼痛程度的相关性”，利用微针贴片构建了一种创新的长效疼痛管理体系。微针（MN）是一种新型的微创经皮给药系统，能够高效穿透皮肤的屏障角质层，实现药物在皮肤中的突释或持续释放。

该贴片由摩方精密microArch® S240（10μm精度）制备完成，MN规则排列为10×10的阵列，贴片尺寸为7 mm × 7 mm。这一微针药物递送系统在单次应用后可实现72小时以上的长效镇痛。该研究靶向目前临床长效局麻药缺乏的瓶颈问题，为未来个体化疼痛治疗提供了新思路。

MN贴片的制备与表征

基于3D打印的声响应微针用于智能药物递送

■ 发表期刊：《Chemical Engineering Journal》

■ 研究团队：厦门大学陈鹭剑与胡学佳课题组

■ 原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.147124

该课题组提出一种新型的主动药物递送机制，团队在声学与微结构相互作用机理研究基础上，提出利用PZT在微针针尖诱导涡流，产生微泵效应，并通过贴片的集成设计，实现智能的按需药物释放。

研究中所用空心微针是使用了摩方精密公司的nanoArch® S130（2μm精度）高精度3D打印机制造，该阵列由10×10个微针单元组成，每个单元高1000微米。SEM图表明，打印的器件具有较高的精度，保证了针尖的锐度以及均一性，从而针尖可在声学驱动下产生较强涡流效应。

声学响应智能微针示意图

磁流体基靶向给药微纳米机器人小鼠体内实现肿瘤杀伤

■ 发表期刊：《Advanced Healthcare Materials》

■ 研究团队：北京航空航天大学机械学院冯林课题组

■ 原文链接：https://doi.org/10.1002/adhm.202302395

该课题组提出了一种通过具有生物相容性的磁流体机器人实现肿瘤的光热治疗方法。

该方法将磁流体的基载液改为具有生物相容性的植物油，通过三维电磁控制系统实现磁流体机器人的靶向控制，对该种磁流体机器人在体外与体内的生物相容性和光热肿瘤杀伤效果进行了细致的研究。本研究中的所有3D模型均使用摩方精密nanoArch® S140（10μm精度）设备打印。

磁流体液滴机器人概念图

多功能微针贴片用于慢性感染伤口愈合的研究

■ 发表期刊：《Advanced Healthcare Materials》

■ 研究团队：武汉大学药学院黎威课题组

■ 原文链接：https://doi.org/10.1002/adhm.202300250

该课题组构建了一种多功能微针（MN）贴片，利用摩方精密的nanoArch® S140 （10μm精度）3D打印设备加工模具后经PDMS翻模制备而成。可通过高效的化学-光动力抗菌协同作用和生长因子在创面的持续释放来实现伤口的快速愈合。

该研究设计的基于MOFs的多功能微针贴片为慢性感染伤口的治疗提供了一种简单、安全、有效的替代方案。

利用等比例扩大管道尺寸实现用于核酸药物递送的多功能M/DP MN贴片的制备与表征

脂质纳米颗粒的可扩展化合成

■ 发表期刊：《Nano Research》

■ 研究团队：中国科学技术大学李保庆课题组

■ 原文链接：https://doi.org/10.1007/s12274-023-6031-1

该团队提出了一种创新的脂质纳米粒子合成策略，即“等比例缩放通道尺寸实现LNPs的可扩展合成”。合作团队等比例缩放了该惯性流体微混合器，并使用高精度3D打印和激光加工制备了具有不同通道尺寸的芯片。

这些芯片用于实现不同通量条件下的LNP筛选和规模化制备的一致性。对于管道尺寸小于100μm的芯片，选择了摩方精密nanoArch® S130（2μm精度）设备进行打印和加工，以确保尺寸得到精确控制，从而实现了小于1mL/min流量下均匀的LNPs的合成。

惯性流混合器的结构以及原理示意图

缓释微针贴片用于脱发长效治疗

■ 发表期刊：《ACS Applied Materials and Interfaces》

■ 研究团队：武汉大学黎威教授课题组

■ 原文链接：https://doi.org/10.1021/acsami.2c22814

该课题组将具有载药缓释功能的PLGA微球与微针（MN）技术相结合，开发了一种具有药物缓释功能的水溶性微针用于长效治疗雄激素性脱发。

该微针贴片是利用摩方精密nanoArch® S140（10μm精度）3D打印设备加工模具后经PDMS翻模制备而成，可通过提高药物生物利用度以及降低给药频率，改善患者用药安全性和提高患者依从性，在脱发的临床治疗中将具有重要的应用潜力。

MN贴片在离体大鼠皮肤中的应用

可定制柔性中空微针使用更小剂量药物用于银屑病治疗

■ 发表期刊：《bioengineering & translational medicine》

■ 研究团队：北京大学李志宏教授团队

■ 原文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202304635

该团队提出了一种优化的微模塑工艺。该团队首次提出高精度3D打印（microArch® S240，10μm精度）后使用两次翻模的方法，此方法很好传承了高精度3D打印的优势，也弥补了其劣势。通过对微针结构和负模具选材进行优化，最终成功制备出不同形貌、高度和内外径的中空微针（HMNs）。衬底可以根据选材来调节为柔性或刚性，其厚度可以灵活调节。

银屑病被生成在小鼠背部，需要口服10倍剂量才能达到中空微针相似的疗效，证明此方法制备的中空微针能达到甚至优于主流中空微针的疗效。

3D打印模具等的表征图

阿司匹林微晶沉积于微针针尖制备大剂量针尖载药的微针制剂

■ 发表期刊：《Drug Delivery and Translational Research》

■ 研究团队：中国科学院理化技术研究所高云华教授课题组

■ 原文链接：https://doi.org/10.1007/s13346-023-01343-6

为了降低阿司匹林引起的胃肠道粘膜损伤，该课题组研发了一种针尖负载阿司匹林微晶的聚合物微针贴片。

该微针贴片是利用摩方精密的 nanoArch® S130 （2μm精度）3D打印设备加工制备模具经翻模制备而成。可生物降解的聚合物为微针提供机械强度。微针的针尖刺破皮肤的角质层，与皮下组织的接触而被溶解。微针贴片中的阿司匹林通过穿刺产生的微孔进行经皮递送。

微针的制备及使用过程

04PART FOUR-太赫兹应用

基于微纳3D打印和微流道液态金属填充的宽带和多带太赫兹超材料

■ 发表期刊：《IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques》

■ 研究团队：西安交通大学张留洋老师课题组

■ 原文链接：https://doi.org/10.1109/TMTT.2023.3278945

该课题组利用摩方精密提供的nanoArch® S130（2μm精度）打印系统，提出了一种将微纳3D打印技术与微流道液态金属填充技术相结合的微结构制备工艺，作为概念验证，通过所提出的制备策略制备了两种具有宽带和多频段特性的典型超材料，实验获得了与理论仿真吻合较好的响应光谱。

3D太赫兹超材料的制造工艺示意图

基于PμSL的室温下高性能3D螺旋微柱腔结构太赫兹探测器

■ 发表期刊：《IEEE SENSORS JOURNAL》

■ 研究团队：聊城大学张丙元教授团队、中电科15所周宇高级工程师、深圳大学张敏教授、深圳技术大学董波教授

■ 原文链接：https://doi.org/10.1109/JSEN.2023.3278690

该团队设计了一种新型亚波长的3D螺旋微柱腔结构阵列覆盖外尔半金属薄膜的太赫兹波探测器，利用新型微立体光刻技术(nanoArch® S130，2μm精度) 实现了微结构阵列的低成本高精度制备，以及磁控溅射方法获得了外尔半金属薄膜，最终获得具有高灵敏度、低等效噪声功率和有效探测面积大的太赫兹波探测器。

该制备方法成功解决了大面积的太赫兹探测器中探测性能不高问题，此外提出了一种可用于6G波段的大规模低成本三维微腔结构阵列制备的技术方案。利用该方法制成的太赫兹波探测器，在室温下实现了探测灵敏度为7.9 A·W-1，等效噪声功率0.9 pW·Hz-1/2 @ 0.1 THz的探测性能。在毫米级大面积探测器中效果较为理想。