器官芯片是基于微流體芯片的三維細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)，可在芯片內(nèi)構(gòu)建出具有仿器官特異性的動態(tài)變化的微環(huán)境。隨著器官芯片系統(tǒng)近年來飛速發(fā)展，其對于生物體內(nèi)環(huán)境的模擬程度不斷提高。同時，針對微米尺度下的環(huán)境構(gòu)建與調(diào)控、以及檢測反饋逐漸成為其發(fā)展的剛需。

近日，東南大學(xué)生物電子學(xué)國家重點實驗室顧忠澤教授團(tuán)隊將膠體晶體材料與雙光子聚合的激光直寫加工相結(jié)合，設(shè)計并開發(fā)了一種膠體晶體微結(jié)構(gòu)的加工方案，成功制備出了同時具備微米尺度三維復(fù)雜結(jié)構(gòu)和亞微米尺度粒子有序排布的一系列可負(fù)載光學(xué)信息、可用于器官芯片中原位檢測的膠體晶體微結(jié)構(gòu)。通過引入含二硫鍵的可降解凝膠網(wǎng)絡(luò)作為支架，以減弱激光直寫過程對已完成自組裝的納米粒子的擾動。此外，對激光直寫過程中的加工參數(shù)的調(diào)節(jié)（激光曝光能量、激光掃描速度），可以輕松實現(xiàn)對微結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)色的調(diào)控。這種打印方案具有材料泛用性，其結(jié)合不同功能材料可以輕松制備出多種功能的膠體晶體微結(jié)構(gòu)，其在智能信息載體、仿生微機器人、原位在線傳感等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

該成果以“3D printing colloidal crystal microstructures via sacrificial-scaffold-mediated two-photon lithography”為題目發(fā)表在雜志《Nature Communications》（10.1038/s41467-022-32317-w）上。東南大學(xué)劉柯良博士為論文的第一作者，通訊作者為東南大學(xué)杜鑫教授和東南大學(xué)顧忠澤教授。

文章要點：

1、這項工作針對激光直寫加工過程中對有序排布納米粒子的擾動問題提出了一種二硫鍵交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)作為介導(dǎo)的膠體晶體微結(jié)構(gòu)的加工方案。激光直寫前，含雙(2-甲基丙烯)乙氧基二硫（BMOD）的前驅(qū)液固化的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)鎖定住已組裝有序的二氧化硅粒子形成膠體晶體薄膜。將用于二次聚合的前驅(qū)液滲入到該薄膜內(nèi)而后進(jìn)行膜內(nèi)的激光直寫。加工結(jié)束后，將薄膜整體置于硫醇溶液中，未經(jīng)激光直寫二次曝光的部分，基于二硫鍵與巰基的交換反應(yīng)被完全降解，最終獲得膠體晶體微結(jié)構(gòu)（圖1）。

2、作者探究了激光直寫過程膠體晶體結(jié)構(gòu)色變化趨勢，以及納米粒子的排布狀態(tài)。通過控制激光直寫過程的加工參數(shù)，對膠體晶體微結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)色進(jìn)行調(diào)控（圖2）。

3、作者制備了一系列二維圖案化的、具有復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)的膠體晶體。在保證結(jié)構(gòu)色的同時，充分發(fā)揮雙光子聚合激光直寫在微米尺度下空間限域加工的優(yōu)勢，制備了微管、微支架等多種具有實際應(yīng)用價值的膠體晶體微結(jié)構(gòu)（圖3）。

4、該方案展示出了一定的材料泛用性，作者結(jié)合了固體膠材料，制備出結(jié)構(gòu)色不受環(huán)境影響的膠體晶體微結(jié)構(gòu)。此外，通過與溫度響應(yīng)性材料結(jié)合制備的溫敏膠體晶體微結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了對微流體中環(huán)境溫度的原位響應(yīng)與反饋（圖4）。

原文鏈接
https://doi.org/10.1038/s41467-022-32317-w