DOI: 10.1126/sciadv.abf5289

在生物医学各领域中，迫切需要开发出可控、可扩展且与不同材料兼容的高精度微印刷工艺。静电纺丝技术可提供可扩展性以及与多种聚合物的兼容性，但通常缺乏精确的三维（3D）控制。研究发现3D喷射写入过程中的电荷逆转可以实现对精确设计的3D结构的高通量生产。射流的轨迹受不稳定的电荷-电荷排斥力与恢复性粘弹性力的平衡支配。电压极性的反转降低了射流所携带的净表面电位，从而抑制了在常规静电纺丝过程中的弯曲不稳定性的发生。在没有弯曲不稳定性的情况下，可以实现聚合物纤维的精确沉积。可以将相同的原理应用于使用针阵列的3D喷射书写中，由于其前所未有的结构控制，会导致复杂的复合材料经历可逆的形状转换。

图1.CREW系统的示意图。使用移动平台制备纤维基支架的CREW系统。将正电压施加到导电收集器上。蓝线代表电通路。

图2.直射流的机理。（A）单相微纤维和（B）双相微纤维的泰勒锥数字图像。PLGA用于单相超细纤维；PLGA和TPU用于双相超细纤维。（C）常规喷射系统和（E）CREW系统施加到聚合物射流的力的示意图。（D）常规喷射系统和（F）CREW系统产生的网格图案的SEM图像。比例尺，300μm。

图3.3D打印图案。由CREW系统制备的3D打印结构的数字图像：（A）三角形结构和（C）蜂窝。（B和D）这些3D打印结构的选定部分的SEM。比例尺，500μm。

图4.材料多样性。通过CREW系统使用不同聚合物材料制备的支架的SEM图像。（A）TPU，（B）PLGA，（C）PCL，（D）PMMA，（E）PVCi和（F）PHB作为聚合物材料，THF/DMF作为制备（A）至（E）聚合物溶液的溶剂，将TFE/氯仿用于（F）。比例尺，200μm。

图5.串联支架。（A）使用PMMA和PLGA设计串联支架的示意图，其中PLGA精确地定位在PMMA图案上；（B）PLGA/PMMA双层图案在高温（此处为80℃）下弯曲运动的机理示意图；热处理前后的示意图和数码照片，取决于其PLGA图案，（C）垂直图案，（D）水平图案，（E）组合图案和（F）仅PMMA。

图6.微观结构形态。（A）PLGA/TPU双相支架的3D共聚焦激光扫描显微镜图像。蓝色染料和绿色染料分别代表PLGA和TPU。（B到E）使用各种聚合物对的双相微纤维的共聚焦显微镜图像。（B）PMMA/TPU（红色/绿色），（C）PMMA/PLGA（红色/蓝色）和（D）PLGA/PVCi（蓝色/红色）。所有颜色代表用于标记相应聚合物溶液的有机染料。（E）TPU（绿色染料）/ATPU的共聚焦显微镜图像，其化学结构中含叠氮基团。（F）叠氮化物-炔烃与炔烃-螺吡喃点击反应后，TPU/ATPU双相超细纤维的共聚焦显微镜图像。绿色染料代表TPU，红色染料代表缀合的螺吡喃。比例尺，100μm。

图7.并行生产。七个聚合物射流的泰勒锥数字图像和使用七个平行针头获得的超细纤维束的SEM图像：（A）含TPU的THF/DMF混合物以及红色和绿色染料，（B）含不同聚合物（比如ATPU、PLGA、TPU和PMMA）的THF/DMF混合物，以及含PHB的氯仿/DMF混合物。比例尺，100μm。