毛细力诱导自组装技术可以规模化地制备可控微结构（Controlled Microstructural Architectures，CMA），因此在润湿、黏附、力学、光学、电学，生物学等领域得到广泛应用。传统的高长径比结构不能对外界刺激做出可逆的变形，因此其自组装一直都是单方向的，从而限制了其学术价值和实际应用。近几年来，微观3D打印技术，特别是基于双光子聚合的3D光刻技术发展迅速，使得制备刺激相应的3D微结构（4D打印微结构）成为可能。

  近日，东南大学生物科学与医学工程学院、生物电子学国家重点实验室顾忠泽教授团队在《Advanced Materials》杂志上报道了一种新型的毛细力诱导自组装方法（Capillary‐Force‐Driven Self‐Assembly of 4D‐Printed Microstructures）。该方法用4D打印的微结构取代传统的高长径比结构，实现了双向（传统自组装和4D自组装）且可逆的自组装。

  在该方法中，通过控制双光子扫描路径之间的距离（图1a），可以实现光刻胶微结构内部交联度的非对称分布。非对称的交联度使得打印的结构能够在竖直（乙酸乙酯中）和弯曲（正戊烷或者异丙醇中）状态间多次快速切换。这些弯曲结构具有传统的3D打印方法难以实现的可控厚度、曲率和光滑的表面。当不同的液体挥发时， 4D打印微结构能够展现三种不同的状态：I）形成中心靠拢的传统簇状结构 （例如图b）；II）保持弯曲结构（例如图c）；III）向弯曲方向组装（4D 自组装） （例如图d）。与常规方法相比，该方法不依赖于结构间距离，且制备的多种自组装图案的产率都可达到100%（图2）。更重要的是，基于这三种可逆的状态，可以开发多种具有前景的应用，例如可逆润湿控制（图3），微观机器人的动态驱动，微观折纸和封装（图4）。

图1 a) 微观4D打印同时实现传统自组装和4D自组装。b–d) 基于4D打印微结构制备的闭合、半开、全开的蝴蝶翅膀模型。标尺：20 μm。

图2 不同的4D自组装图案。标尺：20 μm。

图3 基于4D打印微结构自组装的可逆润湿控制。标尺：50 μm（大图）， 10 μm（小图）。

图4 基于4D打印微结构自组装的微观折纸和封装。标尺：50 μm（大图）， 10 μm（小图）。

  该论文的第一作者为东南大学生物科学与医学工程学院、生物电子学国家重点实验室博士生刘小将（目前为新加坡南洋理工周琨教授组博后），通讯作者为顾忠泽教授。该工作得到了国家重点研发计划、重大仪器专项、国自然重点项目等支持。顾忠泽教授课题组主要从事人体器官芯片、生物医学大数据、光子晶体、仿生可控微结构等领域的研究，前期在微观3D打印方面有着比较好的研究积累（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）。

  论文链接 https://doi.org/10.1002/adma.202100332