北京大学纳米制造团队提出了一种创新的三维冰微打印技术，利用低温、与生物材料的良好兼容、易形成三维结构、无污染等优点，可以实现微流控、生化反应物、纳米材料、微机电系统器件的跨尺度制造和集成[141-143]。三维冰微打印技术利用了水到冰的相变过程，由于液体水具有良好的流动性，而且可以形成非常微小的液滴，而固体的冰却有很好的强度，因此这种通过微小水滴相变来形成三维冰微结构的过程是一种典型的“Top-Dwon”的过程，因而也具有了“Bottom-Up”方法所共有的优势和特点。基于这种技术研制了一种微胶囊生化检测阵列器件，并成功制备和测试了一系列微胶囊检测器件：用于亚硝酸盐与葡萄糖检测的预封装微胶囊阵列芯片、基于LAMP恒温扩增的沙门氏菌病原体DNA检测的预封装芯片、基于功能核酸的特异性/敏感性定量检测的二价铜离子检测芯片，以及可同时检测氢离子、铅离子、六价铬离子、氟离子、亚硝酸盐离子、镍离子、铜离子和铁离子等的即用型水中金属离子检测阵列芯片。该研究团队进一步提升了预封装物质的多样性，改进了微胶囊封装工艺，开发了反应溶液的保护工艺。测试结果表明该器件具有便携、操作简单、抗污染、适于大规模低成本制备等优点，如图5.9。
图5.9 三维冰微打印技术及实现的用于食品安全监测的微胶囊生化检测阵列
针对食品安全检测和公共安全反恐的应用目标，中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究团队通过采用微纳跨尺度结构和自组装纳米材料，开发了具有10 aM量级的生化检测灵敏度的生化纳米传感器，实现在miRNA、蛋白质、抗原和抗体上的无标记快速灵敏检测。研发的基于谐振悬臂的农药残留物检测传感器和快速检测仪器，已经在湖南长沙食品安全检测中心通过了现场测试，并获得了推广应用，得到用户好评，如图5.10。
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图 5.10 （a）制备完成的微悬臂梁；（b）检测乙酰甲胺磷的便携式化学气体 检测工作站
此种基于微纳复合谐振悬臂的农药残留物检测传感器和快速检测仪器也已经通过食品药品检验机构的应用验证，TNT的检测达到ppt量级，已经应用于上海地铁和机场的危化品检测中；采用纳米材料微区域构筑技术，制备了微纳复合的微型色谱柱，并已经应用到我国骨干企业上海仪电集团分析仪器有限公司的现场便携式气象色谱仪的定型产品开发中，将上海仪电集团传统的气相色谱仪的检测分辨能力从百ppm量级提高到了ppm量级，主要性能指标达到了安捷伦同类便携式产品（GC-490）的水平，如图5.11。
图5.11 跨微纳集成的微色谱柱构建的微型气相色谱仪与安捷伦公司产品性能对比
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