微加工是制造微米尺度小结构的过程，对医疗保健到电子领域具有重要应用潜力，但其高化学品使用量、能耗和温室气体排放等环境挑战亟待解决。传统方法如光刻、沉积和转移过程中大量使用刻蚀剂、有机溶剂和氟化气体，每年全球刻蚀剂消耗量高达数十亿立方米，而能源消耗问题尤为突出。此外，微加工依赖非可再生材料如硅基和石油衍生聚合物，增加了其环境负担。

        2024年7月10日，芝加哥大学田博之教授和杨传旺博士、加州大学洛杉矶分校 (UCLA) 金丽华副教授在Nature Sustainability期刊上发表了题为“A bioinspired permeable junction approach for sustainable device microfabrication”的最新论文。他们提出了仿生透过结构方法，通过盐辅助光化学合成在生物聚合物基底上进行直接图案化。这一策略利用水作为绿色致动剂，实现了图案化器件的瞬时剥离，大幅减少了能源消耗和危险化学品使用，显著降低了温室气体排放和环境影响。第一作者为杨传旺博士，杨传旺博士、金丽华副教授、田博之教授为通讯作者。

        仿生透过结构不仅提高了微加工的可持续性，还为生物电子和机器人技术等领域的器件应用开辟了新的可能性。这一研究为推动环境友好型微加工技术的发展奠定了重要基础，有望在全球范围内促进科技创新与环境保护的有机结合。

        实验首次提出了一种仿生透过结构方法，利用盐辅助光化学合成在生物聚合物基底上直接图案化器件。这一方法利用了水作为绿色致动剂，实现了高效的图案化和剥离过程。实验通过构建微触结构，如气凝胶和纤维素纸，结合水生成的化学机械力，成功实现了可持续且高效的器件剥离。这一方法不仅消除了对危险化学品的依赖，还显著减少了能源消耗，从而在可持续微加工领域展示了潜在的广泛应用前景。实验结果显示，新方法在器件制备过程中实现了瞬时剥离（<1 s），远远超过传统技术的效率，同时提升了卷对卷生产速度。这种方法的生态友好性和可扩展性使其成为减少温室气体排放、降低环境影响的关键技术，可应用于多种领域，包括生物电子和机器人技术。

图1. 仿生透过结构策略用于碳基器件可持续微加工。

图2. 盐辅助激光图案化及透过结构瞬时剥离碳器件。

图3. 环保多功能器件的可持续制备。

图4. 柔性生物电子器件的可持续微加工及转移。

图5. 用于机器感知和环境修复的催化器件的可持续微加工。

图6. 具有较小环境影响的可扩展微加工。

        本文从自然界中的生物透过结构中汲取灵感，以解决微加工技术面临的环境挑战。自然界中许多生物体，如蝗虫、壁虎和角质形成细胞，通过复杂的微触结构实现了粘附和脱离的精确控制，这一特性在生物进化中具有重要意义。仿生学通过模仿这些天然的透过结构，为技术应用提供了新的理念和方法。利用盐辅助光化学合成技术，在生物聚合物基底上直接图案化器件，通过构建微触结构和利用水生成的化学机械力，实现了高效、可持续的剥离过程。这一方法不仅减少了对危险化学品的依赖，还显著降低了能源消耗，为微加工技术的环保发展提供了重要参考。通过将生物透过结构的机制应用于人工材料设计，不仅提升了器件制备的效率和可持续性，还为跨多种材料和设备系统的微加工技术开辟了新的可持续发展路径。

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