美国的科学家们通过一种可以控制打印特征的化学成分及其三维位置的策略，为 3D 打印添加了新的维度。
随着 3D 打印系统变得越来越主流，克服其当前局限性的平台变得越来越重要。理想情况下，它们应该能够将不同的聚合物紧密地打印在一起，独立控制其位置，并且与精细的有机和生物活性材料兼容。
迈阿密大学由亚当·布劳恩施魏格领导的一个团队首次设计了这样一个完全基于溶液的图案化反应系统。它结合了 1 平方厘米的平行尖端阵列、微流体和光化学聚合反应，在玻璃表面上生长刷状聚合物。该过程本身仅需几个步骤，并且在不使用高能束的情况下即可实现亚微米分辨率。
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聚合反应的组成部分——单体、光引发剂和溶剂——流入装有尖端阵列的微流体细胞中。每个阵列都有大约 15,000 个间隔为 80 微米的聚二甲基硅氧烷金字塔，它们可以定位照射到它们的光线。这种光线启动反应，在下面的表面上形成刷状聚合物的图案。要创建相邻的不同化学成分的图案，只需移动尖端，将新的单体溶液引入到冲洗过的细胞中，然后重复该过程。尖端位置控制打印特征的位置，光照持续时间控制聚合程度，从而控制高度，而单体特性决定化学成分。
布劳恩施魏格看到了他们的 4D 打印工艺的巨大潜力，其可能的应用包括基因芯片、蛋白质阵列和刺激响应表面。最终目标是在大面积上重现生物界面（如细胞表面）的结构复杂性和化学性质：“我们离目标还很遥远，但这是我们工作的动力。”
荷兰格罗宁根大学的纳米制造研究小组负责人瑞安·切奇强调了这项工作的重要性：“它允许局部控制相邻聚合物特征与细胞的相互作用，例如，细胞的特性可能受到基材的表面化学和拓扑结构的巨大影响，而我们才刚刚开始理解这一点。”
本文经《化学世界》许可转载。该文章于2016 年 4 月 13 日首次发表。