三維超材料與微流體芯片的集成受制于兩大技術難題：一方面，復雜三維結構的高精度制造尚存局限；另一方面，異質鍵合封裝流程繁瑣，極易引入界面污染并導致結構失配，這對傳統微納制造及集成工藝的兼容性提出了嚴峻考驗。該工作利用投影微立體光刻技術一次成型螺旋微流通道與流體芯片結構，再通過液態金屬填充完成金屬化，從而把三維手性超材料和微流通道集成在同一個封裝中。該工作圍繞左/右手螺旋超材料的圓偏振選擇響應，設計了太赫茲流體傳感芯片（TFSC）和流體驅動的太赫茲動態顯示芯片（FTDDC）。科研人員作把高精度增材制造、微流體控制和太赫茲手性超材料整合在一起，不僅繞開了傳統二維工藝和后封裝步驟，也為可重構太赫茲傳感、動態成像和流體驅動的太赫茲超材料器件的制造與研究提供了新的方法。

中國礦業大學劉海教授團隊近日在《Advanced Functional Materials》期刊上在線發表題為“3D-printed Terahertz Metamaterial Microfluidic Chips for Dynamic Optofluidic Sensing and Imaging"的最新原創成果。文章第一作者為博士研究生戴耀威。該工作利用摩方精密面投影微立體光刻（PμSL）技術一次成型集成三維超材料的太赫茲微流體芯片，體現了微納3D打印在太赫茲光流控傳感與動態成像中的獨特技術優勢。

首先，研究人員受水綿螺旋帶狀葉綠體的啟發，設計了互為鏡像的左/右手螺旋陣列結構（圖1）。基于該陣列優異的手性光學響應，研究團隊進一步開發了兩款太赫茲微流體芯片，分別利用旋光性和圓二色性實現了流體傳感與動態近場成像。在器件制備方面，采用摩方精密microArch^® S230A(精度：2 μm）3D打印系統，成功實現了該微流體芯片的高精度三維打印制造。

圖1. 螺旋超材料陣列和太赫茲微流體芯片。

圖2展示了太赫茲微流體芯片從設計到制備的完整工藝流程。通過太赫茲時域偏振光譜系統測試表明，實驗結果與仿真數據在目標頻率（0.3 THz）處高度吻合，充分驗證了3D打印工藝的穩定性和一致性（圖3）。多極子散射功率的計算進一步解釋了螺旋陣列產生手性響應的物理機制。

圖2. 超材料微流體芯片的制造流程與樣品的光學圖片。

圖3. 左/右手螺旋陣列的太赫茲手性光譜及其多極子散射功率。

圖4展示了基于手性螺旋陣列的太赫茲微流體傳感芯片（TFSC）。該芯片利用3D打印技術將螺旋陣列周圍的樹脂掏空，構建出獨立的液體傳感區域；這種復雜的三維結構是傳統減材制造工藝難以實現的。圖5進一步呈現了TFSC在檢測乙醇-柴油混合燃料時的流道填充狀態和傳感性能。實驗結果表明，該芯片實現了對混合燃料中乙醇的檢測限為180 ppm，展現出優異的痕量物質識別能力。

圖4. 太赫茲流體傳感芯片的掃描電鏡圖像和仿真結果。

圖5. 太赫茲時域偏振光譜測試系統的光路和實驗環境。TFSC在測量混合燃料時的傳感性能。

研究人員將螺旋陣列排列成7段數碼管圖案，通過在螺旋流道內填充液態金屬或鹽酸溶液，動態調節微流控芯片的局部手性響應，從而實現太赫茲近場成像（圖6）。

圖6. 流體驅動的太赫茲動態顯示芯片掃描電鏡圖像和仿真結果。

圖7中展示了流體驅動的太赫茲動態顯示芯片（FTDDC）的實驗環境與成像性能。液態金屬與鹽酸溶液經過70次循環填充實驗后，流道內壁無明顯殘留，結構無形變，證明了樹脂材料的穩定性。

圖7. 太赫茲近場掃描成像系統的光路和實驗環境。FTDDC中段碼的流體填充速度與循環性能。

總結：利用PμSL 3D打印技術，研究人員克服了太赫茲超材料微流控芯片在制造與封裝方面的難題，提出了一種動態太赫茲光流控平臺。該技術實現了超材料與微流通道的一體化制造，不僅使以往難以實現的復雜三維結構成為可能，還大幅降低了生產成本。研究進一步表征并分析了螺旋結構的手性響應，并利用其旋光性和圓二色性設計了兩種不同類型的太赫茲功能器件。首先，3D打印極大地拓展了太赫茲傳感芯片的設計自由度。作為一種動態光流控傳感芯片，TFSC憑借其精密的三維結構，不僅實現了超材料與傳感液體的有效隔離，還增強了電磁場與待測物質的相互作用。其次，FTDDC利用流體壓差動態切換微通道內的填充介質，從而實現了對芯片局部手性響應的精確調控。基于這一機制，FTDDC成功實現了動態太赫茲成像，將光流控成像的概念拓展至太赫茲波段。這兩種太赫茲光流控芯片的提出，不僅證明了PμSL 3D打印技術突破了傳統微流體器件設計與制造的局限，也為流體驅動的太赫茲超材料的開發與應用開辟了廣闊前景。