纽约-位于纽约市立大学(CUNY ASRC)和西北大学研究生中心高级科学研究中心的研究人员创建了一种4D打印机，该打印机能够构造带图案的表面，从而再现细胞表面的复杂性。该技术在《自然通讯》上新发表的一篇论文中进行了详细介绍(DOI：10.1038 / s41467-020-14990-x)，使科学家能够将有机化学，表面科学和纳米光刻技术相结合，以构建精确设计的纳米图案表面，并用精致的有机或生物分子装饰。这些表面将具有广泛的用途，包括在药物研究，生物传感器开发和先进的光学领域。重要的是，该技术可以使用不同的材料创建表面，并且可以在不使用昂贵的光掩模或繁琐的无尘室工艺的情况下在这些表面上对这些材料进行构图。

该研究的主要研究员亚当·布朗斯威格(Adam Braunschweig)说：“我经常被问到我是否使用过这种仪器来打印特定的化学物质或准备特定的系统。” 。“我的回答是，我们已经创建了一种用于在表面上执行有机化学的新工具，并且其使用和应用仅受用户的想象力及其有机化学知识的限制。”

这种称为“聚合物刷超表面光刻”的打印方法结合了微流体技术，有机光化学和先进的纳米光刻技术，从而创建了一种无掩模打印机，能够制备精细的有机和生物物质的多阵列阵列。这种新颖的系统克服了其他生物材料印刷技术中存在的许多限制，使研究人员能够在每个体素上创建具有精确结构化物质和量身定制的化学成分的4D对象，这一功能被作者称为“超表面光刻”。

“研究人员一直在努力使用光刻技术在生物分子的表面上形成图案，但是迄今为止，我们还没有开发出足够复杂的系统来构建像细胞表面一样复杂的东西，”纽约市立大学纽约分校的研究生中心丹尼尔·瓦雷斯说。不伦瑞克的实验室。“我们设想使用该系统组装合成细胞，使研究人员能够复制和理解活细胞上发生的相互作用，这将导致药物和其他生物启发技术的快速发展。”

作为概念验证，研究人员使用精确剂量的光来打印聚合物画笔图案，以控制每个像素处的聚合物高度。如自由女神像所示，微流体和光源之间的协调控制着每个像素的化学成分。

该论文的合著者内森·贾内斯基(Nathan Gianneschi)说：“高分子化学提供了如此强大的工具，而上个世纪以来，高分子化学的创新一直是技术的主要驱动力。”西北大学的化学与工程与生物医学工程。“这项工作将这项创新扩展到了可以高度控制的方式来制造任意结构的界面，并使我们能够表征所制造的产品并将其推广到其他聚合物。”

西北大学温伯格艺术学院化学教授，国际纳米技术研究所所长查德·米尔金(George B. Rathmann)乍得·米尔金(Chad Mirkin)说：“本文是使用大规模并行光刻工具可以完成的工作的巡回演示。”和《科学》的作者之一。“合著者已经创建了一套强大的功能，应该在化学，材料科学和生物界广泛使用。”

研究人员计划继续开发这种新颖的打印平台，以提高系统速度，减小像素尺寸，并开发新的化学方法以扩大可图案化材料的范围。当前，他们正在使用此平台创建的模式来了解指示生物系统中识别的细微相互作用。