微米级的粒子，在从药物传递到微电子技术等多个领域中，扮演着至关重要的角色，这就使得精细调控这些粒子的制造过程显得尤为重要。制造这类粒子的方法之一是采用自下而上的策略，这种方法依靠将更小的单元自组装成所需的颗粒。尽管这种策略能够实现大规模生产，但在控制颗粒的具体形状方面却存在限制。另一种方法，自上而下的策略，通过切割和塑形块状材料（比如使用模具）来制造微粒，能够弥补了自下而上方法的不足，并提供了更精准的形状控制。然而，这种方法通常限于生产二维或简单三维的粒子。

　　在此，斯坦福大学Joseph M. DeSimone教授课题组介绍了一种创新的高通量制造方法，这种方法能快速三维打印出具有复杂几何形状的微颗粒。该技术基于卷对卷连续液体界面生产（r2rCLIP），可制造特定形状的颗粒。作者展示的 r2rCLIP 采用个位数、微米分辨率的光学技术，结合连续的薄膜卷，能够从各种材料和复杂的几何形状中快速制造和采集特定形状的颗粒。颗粒尺寸小至 2.0 × 2.0 µm2，无支撑厚度为 1.1 ± 0.3 µm，生产速度高达每天一百万个颗粒。这种具有可变、复杂设计的微型颗粒可直接集成到生物医学、分析和先进材料应用中。相关成果以“Roll-to-roll, high-resolution 3D printing of shape-specific particles”为题发表在《Nature》上。

　　作者首先展示的 r2rCLIP 采用个位数、微米级分辨率的光学技术，结合连续的薄膜卷代替静态平台，实现了各种材料和复杂几何形状粒子的快速、可变制造和采集。为了实现快速、全自动的粒子打印工艺，作者用连续薄膜、模块化、卷对卷系统取代了高分辨率 CLIP 打印的传统静态构建板。这就实现了半连续打印和自动在线后处理，包括清洁、后固化和收获（颗粒脱模）。选择铝涂层聚对苯二甲酸乙二酯（PET）薄膜作为主要的薄膜基材，是为了在印刷过程中保持高于原位正交树脂回流力和正常吸力的颗粒粘附力，同时还允许在收获过程中从薄膜上剥离而不断裂。

　　作为粒子打印薄膜集成的补充，作者构建了高分辨率 CLIP 设置来制造精细粒子特征，在 xy 平面上实现个位数微米光学分辨率（2.00 × 2.00 或 6.00 × 6.00 μm 2）。体素定义还取决于垂直分辨率、载物台移动重复性 (±0.12 μm)、光学装置的焦深（例如，2.00 × 2.00 μm 2 装置为 30 μm）和树脂物理特性（图 2）

　　为了展示 r2rCLIP 在制造尺寸复杂结构方面的潜力，作者使用计算机辅助设计，设计了一系列几何复杂度不断增加的形状。这些设计不仅反映了以前的二维制造和多步成型技术，而且还包括一些无法成型的几何形状，体现了此方法的独特能力（图 3）。在此，作者将几何复杂性分为可模塑和不可模塑两类。只需一个步骤即可按比例制造出合理的几何形状。此外，细小或尖锐的几何特征可能会导致成型复杂化和零件各向异性。

　　为了证明 r2rCLIP 的可扩展性，作者制作了约 30000 个宽度为 200 µm 的空心立方体颗粒，并且具有很高的可重复性（图 1c）。优化后的粒子阵列制造速度为亚分钟级。以前，颗粒生产的慢的原因主要包括手动更换构建基底。用机械基底平移代替人工操作步骤，将限制粒子制造时间的步骤转移到了r2rCLIP技术上，这是r2rCLIP技术的固有优势。例如，制作 100 万个 200 微米单位的八面体（约等于 1.4 克）只需要 1 天多的时间，而阵列制作速度可高达 38 秒打印持续时间和 26 秒打印间延迟。

　　该系统适用于陶瓷材料的生产。例如，作者用 HDDA 陶瓷混合物制造了 200 微米的颗粒，并在 800 °C 的氮气环境下进行热解，生产出特征尺寸为 25 微米的 103 微米空心陶瓷颗粒（图 4a）。这些颗粒的能量色散 X 射线光谱（EDS）分析表明，O、Si 和 C 的成分分布均匀（图 4b）。随后在氮气中退火至 1,400 °C，根据前驱体材料和加工条件的不同，可以得到包括 Si3N4 和 SiO2 在内的物相。r2rCLIP 的另一项应用是制造水凝胶颗粒，可用作给药容器。作为概念验证，作者制作了单位大小为 400 微米的水凝胶立方体，在打印后人工填充了约 8 毫升的代表性货物，随后盖上了水凝胶帽（图 4c）。未来的研究可以在之前的给药载体动力学研究基础上，利用分子量和壁厚的可调特性，实现可编程的货物释放托盘。

　　本文介绍了一种性的卷对卷高分辨率连续液体界面生产技术，它能够大规模生产特征分辨率高达2.0微米、最大尺寸达到200微米的粒子。这项技术通过先进的打印机和树脂的光学设计优化，实现了在Z轴方向上个位数微米级别的精细分辨率。它不仅能够制造可模塑、多步骤可模塑以及不可模塑的复杂三维粒子形状，还展现了对不同树脂化学组成的高度适应性和快速变化的能力。值得一提的是，这项技术能够在24小时内以克级的潜在产量生产200微米及以下的粒子。其应用潜力已在从陶瓷到水凝胶等广泛领域得到展示，预期将进一步扩展到微型工具、电子产品和药物传递等领域。