北航蔡军教授团队Small Structures综述：基于微生物的微纳米制造、组装及驱动技术

自然界的微生物种类丰富，具有独特的材质特征和形态结构，基于微生物的生物成形实现复杂微纳米结构制造及组装已成为融合“top-down”与“bottom-up”制造技术优势的新方法。相比于传统微纳米加工技术，基于微生物的微纳米加工成本低廉，环境友好，在复杂非均质结构制造上优势显著。近年来，相关研究进展迅速，一系列基于微生物的微纳米加工方法被提出，其排布组装及可控驱动也已成为重要研究方向。

总体概念图基于微生物的微纳米制造、组装及驱动技术示意图

近日，北京航空航天大学蔡军教授课题组发表了长篇综述论文，系统综述了基于微生物的微纳米制造、组装及驱动技术的前沿进展，并针对相关技术的未来前景及发展挑战进行了深入分析和展望。论文主要包括三部分内容：基于微生物的微纳米制造技术，如活体微生物代谢合成、微生物模板成形等；基于微生物的组装排布技术，如磁场、电场、流场等方法；基于微生物的驱动操控技术，如基于微生物的微纳机器人驱动机制及制造方法等。论文指出，在材料、化学、生物、物理、机械、电子等多学科交叉下，基于微生物的微纳制造必将取得更大发展，未来主要趋势包括：微生物模板材质结构精准调控及复杂功能颗粒制造；基于微生物的有序排布、精准组装及多尺度结构体系构建；基于微生物的微纳机器人系统设计制造及生物医疗应用探索等。

相关成果以“Micro/Nanofabrication, Assembly, and Actuation Based on Microorganisms: Recent Advances and Perspectives”为题发表在wiley旗舰刊《Small Structures》上，并被遴选为Editor’s Choice。论文第一作者是龚德博士后，通讯作者是蔡军教授。该研究得到了国家自然科学基金、中国博士后科学基金等项目资助支持。

该论文也对北京航空航天大学仿生与微纳系统研究所团队在基于微生物的生物加工成形领域的系列成果进行了概述。自团队带头人张德远教授1996年首次提出生物加工方法以来，一直将研究重点放在生物加工成形制造新领域的总体框架建立及基础工艺研究上，逐步形成制造领域的新分支—生物加工成形制造。蔡军教授课题组主要从事生物加工成形、仿生微纳制造、电磁功能材料、柔性智能传感等相关研究，致力于基于微生物模板的微纳米制造新方法，目前已发表包括Adv. Funct. Mater.、Adv. Optical Mater.、ACS Appl. Mater. Interfaces等期刊在内的SCI论文近80篇，授权国家发明专利20余项。

图1 基于微生物的微纳米制造技术示意图

图2 不同结构的微生物及微生物模板功能颗粒

图3 基于微生物模板的内沉积成形

图4 微生物及微生物模板功能颗粒的组装排布

图5 基于螺旋藻的磁性螺旋型微机器人制造

图6 基于微生物的微纳米机器人研究及展望

封面来源：图虫创意