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器官芯片是基于微流体芯片的三维细胞培养系统，可在芯片内构建出具有仿器官特异性的动态变化的微环境。随着器官芯片系统近年来飞速发展，其对于生物体内环境的模拟程度不断提高。同时，针对微米尺度下的环境构建与调控、以及检测反馈逐渐成为其发展的刚需。
近日，东南大学生物电子学国家重点实验室顾忠泽教授科研团队将胶体晶体材料与双光子聚合的激光直写加工相结合，设计并开发了一种胶体晶体微结构的加工方案，成功制备出了同时具备微米尺度三维复杂结构和亚微米尺度粒子有序排布的一系列可负载光学信息、可用于器官芯片中原位检测的胶体晶体微结构。通过引入含二硫键的可降解凝胶网络作为支架，以减弱激光直写过程对已完成自组装的纳米粒子的扰动。此外，对激光直写过程中的加工参数的调节（激光曝光能量、激光扫描速度），可以轻松实现对微结构的结构色的调控。这种打印方案具有材料泛用性，其结合不同功能材料可以轻松制备出多种功能的胶体晶体微结构，其在智能信息载体、仿生微机器人、原位在线传感等领域有着广阔的应用前景。
该成果以“3D printing colloidal crystal microstructures via sacrificial-scaffold-mediated two-photon lithography”为题目发表在杂志《Nature Communications》（10.1038/s41467-022-32317-w）上。东南大学刘柯良博士为论文的第一作者，通讯作者为东南大学杜鑫教授和东南大学顾忠泽教授。
文章要点：
1、这项工作针对激光直写加工过程中对有序排布纳米粒子的扰动问题提出了一种二硫键交联网络作为介导的胶体晶体微结构的加工方案。激光直写前，含双(2-甲基丙烯)乙氧基二硫（BMOD）的前驱液固化的交联网络锁定住已组装有序的二氧化硅粒子形成胶体晶体薄膜。将用于二次聚合的前驱液渗入到该薄膜内而后进行膜内的激光直写。加工结束后，将薄膜整体置于硫醇溶液中，未经激光直写二次曝光的部分，基于二硫键与巯基的交换反应被完全降解，最终获得胶体晶体微结构。
可牺牲支架介导的激光直写加工胶体晶体微结构流程示意图
2、作者探究了激光直写过程胶体晶体结构色变化趋势，以及纳米粒子的排布状态。通过控制激光直写过程的加工参数，对胶体晶体微结构的结构色进行调控。
胶体晶体结构色的调控与表征
3、作者制备了一系列二维图案化的、具有复杂三维结构的胶体晶体。在保证结构色的同时，充分发挥双光子聚合激光直写在微米尺度下空间限域加工的优势，制备了微管、微支架等多种具有实际应用价值的胶体晶体微结构。
二维、三维胶体晶体微结构
4、该方案展示出了一定的材料泛用性，作者结合了固体胶材料，制备出结构色不受环境影响的胶体晶体微结构。此外，通过与温度响应性材料结合制备的温敏胶体晶体微结构，实现了对微流体中环境温度的原位响应与反馈。
功能性胶体晶体微结构
