美国莱斯大学（Rice University）研究团队开发出一种基于聚焦微波的3D打印工艺，能够在包括温敏生物聚合物和活体生物组织在内的多种多材料结构中直接集成功能性电子器件。 这一突破解决了困扰电子3D打印领域超过十年的核心难题：传统工艺需要热处理来激活导电墨水，但高温会损毁周围的温敏材料。

该团队由莱斯大学乔治·R·布朗工程与计算学院助理教授孔永林（Yong Lin Kong）领导，并与长期合作者、新加坡国立大学副教授、微波工程专家何约翰（John Ho）共同研发。他们设计出一种名为 Meta-NFS（超材料启发近场电磁结构）的装置，能将微波能量限制在直径仅相当于人类头发丝的加热区域内。聚焦后的能量足以对打印墨水进行原位后处理，同时使周围材料保持相对较低的温度。

“选择性加热打印材料的能力使我们能够对墨水的功能特性进行空间编程，即使它被温敏材料包围，”孔永林表示。“这使我们能够将自由形态的电子器件集成到广泛的基材上，包括生物聚合物和活体生物组织——所有这些都可以在一台桌面大小的打印机内完成，无需复杂的设施或劳动密集的人工流程。”

广泛材料兼容性与生物应用

该工艺适用于金属、陶瓷和热固性聚合物。通过调节微波参数，可以控制颗粒微观结构并生产多功能电路，在一次打印运行中实现机械和电子性能的数量级差异。作为概念验证，团队将无线应变传感器分别打印到超高分子量聚乙烯（用于关节置换的生物聚合物）、牛股骨和一片活体叶片上。

研究小组目前正将该方法应用于用于诊断的可摄入电子系统、与生物器官连接的仿生设备，以及集成电子器件的3D打印软体机器人。

孔永林补充道：“Meta-NFS 3D打印使我们能够开发出以前制造方法无法构建甚至无法设想的新型混合电子设备，为我们解决未被满足的社会需求提供了新能力。”

业内专家指出，传统电子制造依赖于集中式晶圆厂，电子元件单独制造后再通过复杂、劳动密集的工艺组装到设备中。莱斯大学的新技术有望将这一流程简化为单步、分布式、桌面化的数字制造模式，尤其对生物医学植入物、可穿戴设备和软体机器人等需要与生物环境紧密耦合的领域具有深远意义。