自然生物进化出了一系列多功能生物材料和结构，以应对生存环境中的生存危机， 表现出超疏水性、各向异性和机械加固等突出特性，为设计和制造下一代生物材料提供了丰富的灵感。然而，由于缺乏可用材料和传统制造方法的局限性，复杂多尺度结构的制造方法的局限性阻碍了生物启发制造功能结构的进展。作为一种革命性的新兴制造技术，增材制造 (即三维打印）提供了高度的设计灵活性和制造自由度、 提供了制造复杂、多尺度、分层和多材料结构的潜力。

        鉴于此，圣地亚哥州立大学杨阳教授团队以及亚利桑那州立大学李向家教授团队全面回顾当前 3D 打印表面/界面结构，涵盖了应用材料、设计和功能应用、受生物启发的表面结构。并根据其具体特性和应用进行了分类，其中一些特性可用于多种应用。这些三维打印生物启发表面的优化设计为高效率，低成本和高性能提供前景。论文以“Review on 3D Printing of Bioinspired Structures for Surface/Interface Applications”为题， 发表在Advanced Functional Materials期刊。圣地亚哥州立大学及加州大学圣地亚哥分校联合培养博士生Qingqing He，亚利桑那州立大学博士生Tengteng Tang，南加州大学博士生Yushun（Sean） Zeng为论文的共同第一作者。论文参与者还包括亚利桑那州立大学Nadine Iradukunda和圣地亚哥州立大学Brandon Bethers。

1、三维打印具有超疏水性能的生物启发界面结构

        图中列出并展示了本节中研究的印刷技术、印刷材料和印刷分辨率，总结了自然启发超疏水结构，包括植物、动物和昆虫启发结构及其具体的潜在应用。调查结果表明，印刷材料的选择需要进一步拓展。打印样品的机械强度、热膨胀和生物相容性等性能将受到单一有限打印材料的限制，这将进一步阻碍 3D 打印超疏水结构的进一步应用。此外，自然启发表面的结构设计较为简单。在以往的研究中，打印表面都是复制的柱状结构，因此导致超疏水性能固定不变。未来，先进的超疏水结构设计将结合多个自然启发支柱结构，实现多重超疏水，从而获得多功能性。此外，随着生物电子学的快速发展，三维打印超疏水表面的潜在应用，如能量存储、基于液滴的生物检测和高通量生物传感器等，都需要在未来进行深入研究。

2、三维打印可降低阻力的生物启发界面结构

        自然界生物的特性为人类解决全球工程问题提供了无数灵感。本节重点介绍了用于减小阻力的自然结构的设计和原理、用于减小阻力的传统制造方法，并简要总结了制造过程中遇到的挑战，同时强调了三维打印的优势和打印阻力结构的应用。仿生微结构对阻力的影响因其具体设计和应用而异。一些微结构的设计灵感来自大自然，可减少阻力并增强流体力学，从而提高运输和运动等应用的效率和性能。相反，在其他情况下，微结构可能会增加阻力，但却具有增强附着力、防污性能或微流体精确控制等优势。在微流体设备中，人工纤毛或受纤毛启发的微结构可用于操纵流体。这些结构可以产生流体流动或传输颗粒。在某些情况下，微结构可能会产生更大的阻力，从而影响流体传输的效率。不过，这种阻力的增加也能加强微流体系统中的混合和控制。微结构的选择及其对阻力的影响取决于预期结果和应用环境。减阻结构广泛应用于现代社会的日常应用中，如潜艇、轮船、飞机、水和石油管道运输、泳衣制造、风车、高速列车等。然而，这些结构在加工和制造过程中面临着挑战。三维打印技术方法将解决这些难题，在流体还原领域还需要开展更多的研究工作，以探索在发现世界难题时的自然行为。

3、三维打印各向异性液体传输的生物界面结构

        自然界中的许多生物都进化出了各向异性的微结构表面，以实现对其生存至关重要的各向异性水输送。例如，Araucaria 叶片表面毫米级的三维棘轮可使液体在毛细力作用下流向棘轮平面的内侧和外侧。 液滴在各向异性结构表面的单向驱动特性是由非均匀表面势能决定的。当液滴接触到各向异性表面时，不同位置的表面曲率会造成表面势能梯度。关于液滴在自然结构表面上各向异性传输的研究让我们了解了其背后的原理，并为各向异性水传输表面的设计提供了启示，这在微流控设备、生物医学和液滴操纵等领域起着关键作用。

4、用于水收集和清洁的生物启发界面结构的三维打印技术

        本章节总结并展示了三维打印生物启发材料、工艺和应用。对于三维打印水收集和水油分离结构而言，挑战在于工艺优化和适应性问题。此外，未来还需要研究水收集结构的潜在应用，包括高效废水处理、淡水收集和气雾收集。

5、用于药物输送的生物启发界面结构的三维打印技术

        迄今为止，微针在医疗领域透皮给药等应用方面取得了许多成就。通过不同类型的立体光刻技术，生产微针的手段越来越多。通过不断的研究和增材制造能力的提高，设计方面的进步包括结构的复杂性增加。更高的复杂性可提高微针的使用效率和能力，包括提高给药速度/效率、药物/疫苗应用的一致性、粘附/牵引力和抗压强度。尽管在微针的设计、生产和使用方面已经取得了巨大进步，但在未来的研究中仍有一些挑战需要克服，例如通过不同的添加制造工艺获得的材料的分辨率和耐用性有限，扩大或大规模生产添加制造 MN 的能力，以及在耐用性和可运输性方面分配通过添加制造手段生产的 MN 的能力。仿生微针具有应用于各种领域的潜力，其增强的特性使其成为比传统微针更具吸引力的选择。由于微针体积小、表面特性独特，因此可与皮肤等生物表面相互作用。锋利的针尖和表面涂层对减少插入时的不适感和组织损伤起着至关重要的作用。采用表面工程技术，包括表面改性和涂层，可优化微针与生物界面之间的相互作用，提高微针的性能和病人的舒适度。一些应用领域包括透皮给药、眼部给药、疫苗给药、止血和葡萄糖检测。

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