科學家在微觀尺度上進行複雜的三維結構製造時，長期以來依賴單一的主導技術——雙光子聚合。這項技術使得雕刻出比人類頭髮還要細的物體成為可能，將精密製造推向微米和納米尺度。然而，儘管其精確性，這種方法卻使研究人員主要使用聚合物材料，限制了微觀設備的應用潛力。在醫學、工程和機器人技術等領域，往往需要金屬、半導體或其他功能性材料。直到現在，將這些材料與複雜的三維微結構結合仍然難以實現。
來自馬克斯·普朗克智能系統研究所和新加坡國立大學的研究人員現在報告了一種改變這些限制的方法。他們的新方法使得微米和納米尺度的三維製造可以使用多種材料，超越了聚合物，開啟了新的設計可能性。這項技術依賴於光流體組裝，利用光來控制液體內的流動。研究人員將微觀顆粒懸浮在液體中，並將飛秒激光聚焦於精確的點上。激光創造了局部的溫度差，驅動液體流動，這種流動積極引導顆粒朝向預定位置。
科學家將激光放置在一個帶有小開口的預製聚合物微模具旁邊，顆粒通過該開口進入模具內，逐漸形成固體結構。這項研究的關鍵在於精確操控光流體交互（光驅動流動），引導各種微納米顆粒在受限的三維空間內進行三維組裝，新加坡國立大學的助理教授張名超（Mingchao Zhang）表示。微模具決定了最終幾何形狀，組裝完成後，研究人員在後處理步驟中去除了聚合物模具，留下完全由所選材料製成的自立物體。
激光驅動的顆粒組裝並不會將顆粒化學結合在一起，而是依賴物理力量來穩定最終結構。研究人員報告了對顆粒運動和累積位置的強控制。出版物的第一作者劉向龍（Xianglong Lyu）表示，飛秒激光引發局部的熱梯度，產生強大的流動，將顆粒推向和進入模板的確切位置。模具的形狀可以是任何樣式：從立方體結構到球體、可頌形狀或其他形式。
一旦研究人員去除了模具，組裝的顆粒將保留其形狀和大小。范德瓦爾斯力將顆粒固定在一起，這些力量提供了足夠的強度來保持結構的機械穩定性，無需化學鍵合。
為了展示實際應用，研究團隊製造了幾種運作設備，包括在極窄通道內按尺寸分類顆粒的微閥。研究人員還構建了由多種材料組成的微型機器人，這些機器人根據研究人員的驅動方式做出不同的反應。有些在受到光照時移動，另一些則對外部磁場作出反應。這種靈活性使設計者能夠在單一微觀系統中結合多種功能。
光流體組裝克服了傳統雙光子聚合的材料限制，馬克斯·普朗克智能系統研究所的物理智能部門負責人梅廷·西提（Metin Sitti）指出。我們的新技術允許我們用幾乎任何材料形成微小的三維物體。這項研究的結果指向了微觀機器人技術和先進微製造的更廣泛可能性，研究成果已發表在《自然》期刊上。
