这篇论文的研究内容由卡尔斯鲁厄理工学院的Pavel A. Levkin及其团队完成，研究成果发表在《Small》期刊上。研究的核心是开发了一种新颖的后掺杂策略，通过在两光子微打印的纳米多孔结构中浸渍功能材料，来实现复杂三维微结构的功能化。这一方法克服了传统前掺杂方法的局限性，展现了在生物电子学、药物传递和细胞生物学等领域的广泛应用潜力。
随着三维打印技术的快速发展，尤其是双光子光刻（TPL）技术的进步，研究者们能够以亚微米精度制造复杂的三维结构。然而，如何在这些微结构中引入新的功能性材料，成为了推动其应用的关键。传统的前掺杂方法虽然可以在光聚合过程中将功能材料直接加入光敏树脂中，但由于材料兼容性、光散射和纳米颗粒聚集等问题，限制了其应用范围。因此，研究团队提出了一种后掺杂策略，通过在打印完成后将功能材料浸入到纳米多孔结构中，以实现更高的灵活性和多样性。这种方法不仅提高了功能材料的多样性，还为微结构的设计和应用提供了新的思路。
研究团队首先利用聚合物诱导相分离的原理，成功地打印出具有约420纳米孔径的复杂微结构。这些微结构的多孔性使得功能液体能够通过毛细作用自发渗透，从而实现功能化。与前掺杂方法不同，后掺杂策略不需要针对每种光敏树脂进行单独的打印优化，极大地提高了功能材料的多样性和应用灵活性。在这一过程中，Nanoscribe的设备Photonic Professional GT发挥了重要作用，其高精度的打印能力使得研究团队能够实现复杂的微结构设计，进一步推动了后掺杂策略的实施。
在实验中，研究者们将几种功能液体（如氟润滑剂、离子液体和荧光液体）浸入到打印的多孔微结构中，赋予其滑腻性、导电性和局部荧光等特性。这种方法不仅可以实现单一功能的微结构，还可以在同一微结构中结合多种功能，拓宽了后掺杂方法的应用潜力。研究结果表明，随着孔隙率的增加，打印的三维微结构的功能性得到了显著提升。通过调节孔隙率，研究者们能够控制微结构的物理特性和功能表现。例如，在不同的孔隙率下，微结构的液体润湿性和导电性表现出明显的差异。此外，研究团队还展示了如何通过后掺杂方法实现多种功能的组合，例如在同一微结构中同时实现滑腻性和导电性。
在具体应用方面，研究者们成功地将氟润滑剂浸入到双重回流微结构中，显著降低了液体的粘附性。这一发现为开发低粘附性超排斥表面提供了新的思路，具有广泛的应用前景，如防生物污垢、防冰和零损失液体运输等。通过这种创新的后掺杂策略，研究者们不仅展示了微结构功能化的可能性，还为未来的材料开发和应用提供了新的方向。
这项研究的成功为未来的微结构功能化提供了新的方向。后掺杂策略的灵活性和多样性使得研究者能够在微结构中引入更多种类的功能材料，包括其他类型的纳米颗粒、高分子和生物活性化合物。这将推动微电子学、微机器人和细胞生物学等领域的进一步发展。此外，随着材料科学和纳米技术的不断进步，后掺杂方法有望与其他先进制造技术相结合，开发出更为复杂和多功能的微结构。这不仅将推动基础研究的进展，也将为实际应用提供更多可能性。
其团队在《Small》期刊上发表的这项研究，提出了一种创新的后掺杂策略，通过在两光子微打印的纳米多孔结构中浸渍功能材料，实现了复杂三维微结构的功能化。这一方法克服了传统前掺杂技术的局限性，展现了在多个领域的广泛应用潜力。未来，随着技术的不断进步，后掺杂策略有望在微结构功能化方面发挥更大的作用，为科学研究和工业应用带来新的机遇。
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https://doi.org/10.1002/smll.202403405