3D打印應(yīng)用于微流體的無限潛力

來源:3D打印商情

近日，在一篇由歐洲研究人員Gregor Weisgrab、Aleksandr Ovsianikov和Pedro F. Costa共同撰寫的論文《微流控芯片的功能性3D打印》中，詳細(xì)講述了3D打印微流體應(yīng)用。該論文發(fā)表于《Advanced Science》，是根據(jù)3D打印傳感器、執(zhí)行器和微流體裝置的其他有價(jià)值元素的最新進(jìn)展而寫成的，這導(dǎo)致了該領(lǐng)域從復(fù)制成型等傳統(tǒng)制造方法轉(zhuǎn)變。

微流體技術(shù)非常有用，因?yàn)樗�允許將生化應(yīng)用從實(shí)驗(yàn)室設(shè)置縮減到便攜式格式。研究人員稱，3D打印可以創(chuàng)造出新一代的微流體設(shè)備，這比用傳統(tǒng)方法制造的設(shè)備要好得多：“預(yù)計(jì)在微流體領(lǐng)域廣泛采用3D打印技術(shù)將極有可能創(chuàng)造出新一代智能、響應(yīng)靈敏和自主設(shè)備，能夠以復(fù)雜的方式對環(huán)境進(jìn)行感知和采取行動，并減少人為干預(yù)。”

將氣動控制閥串聯(lián)成一個(gè)泵。

3D打印微流體芯片、傳感器、管道和閥門
微流體技術(shù)涉及到微流體實(shí)驗(yàn)室的小流體流的精確布線和操作，依賴于微流體芯片。微流體芯片通常用于特定的應(yīng)用，是一種復(fù)雜的裝置，旨在提供快速評估和低消耗試劑和樣品。它們的小尺寸使它們成為實(shí)驗(yàn)室環(huán)境和護(hù)理點(diǎn)（POC）設(shè)置的一個(gè)有吸引力的選擇。

該論文指出，在過去幾年中，3D打印已被用于制造微流體芯片。廣泛采用該技術(shù)的一個(gè)原因是因?yàn)?D打印減少了微流控芯片從概念到現(xiàn)實(shí)的周轉(zhuǎn)時(shí)間。用于創(chuàng)建微流體芯片的典型3D打印技術(shù)包括SLA、FDM和MultiJet modeling（MJM）。

然而，研究人員聲稱，當(dāng)用于創(chuàng)建具有功能操作的芯片（例如執(zhí)行器和傳感器）時(shí)，3D打印優(yōu)于傳統(tǒng)制造方法的好處變得明顯：“直接打印元件的做法對于元件設(shè)計(jì)具有前所未有的優(yōu)勢，因?yàn)槟�塊化設(shè)計(jì)的閥門和泵可以在數(shù)字圖紙中重復(fù)使用。同時(shí)，由于3D打印允許對各種設(shè)計(jì)進(jìn)行快速測試、適配和快速原型制作，因此加快了設(shè)備開發(fā)的進(jìn)程�！�

“微流體領(lǐng)域的3D打印技術(shù)是不可忽視的”

該研究繼續(xù)詳細(xì)介紹了在微流體設(shè)備中被3D打印出來的不同的執(zhí)行器和傳感器。例如，作者稱，閥門是使用多材料3D打印制造的，而傳統(tǒng)上它們僅使用單一材料制造。通過將柔性材料和剛性材料結(jié)合制造，閥門在通道寬度、膜厚度和膜材料剛度方面存在不同。另一方面，3D打印的泵設(shè)計(jì)提供類似于注射泵的流體流動，有助于消除對硬件的需求并增加微流體的可訪問性。

針對傳感器，該論文的作者解釋說，只有少數(shù)是3D打印的。微流體中的傳感器有助于液體流檢測環(huán)境變化，并對外部和內(nèi)部刺激作出反應(yīng)。研究人員提供的一個(gè)例子是，用于獲取感官信息的細(xì)胞生物打印。他們解釋了如何使用FDM 3D打印機(jī)創(chuàng)建水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備。當(dāng)裝置打印時(shí)，手動插入陽極、陰極和質(zhì)子交換膜，使裝置通過在陽極培養(yǎng)電化學(xué)活性細(xì)菌來產(chǎn)生信號。

最后，研究人員提到了3D打印在微流體領(lǐng)域的無限應(yīng)用：“3D打印技術(shù)在微流體領(lǐng)域的現(xiàn)在和未來影響是不可忽視的。由于承接了3D打印的固有特征，微流體設(shè)備的開發(fā)就已經(jīng)變得無限，涉及諸如體系結(jié)構(gòu)、尺寸和生產(chǎn)設(shè)備的數(shù)量等因素。

“所有這一切目前都可以通過3D打印及其高度自動化的制造工藝實(shí)現(xiàn)，這種工藝可以實(shí)現(xiàn)同樣無限的再現(xiàn)性和可定制性。 ”

手動控制閥門。

3D打印的其他微流體應(yīng)用
正如論文詳述的那樣，3D打印已經(jīng)在各種微流體應(yīng)用中實(shí)施，并且在過去幾年中取得了不俗的進(jìn)展。2019年8月初，新加坡工業(yè)與設(shè)計(jì)大學(xué)（SUTD）軟流體實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了一種簡單的3D打印微流體裝置方法，該裝置集成了流體處理和功能組件。

2018年3月，來自紐約基因組中心（NYGC）和紐約大學(xué)（紐約大學(xué)）的研究人員創(chuàng)建了一種開源的床邊3D打印液滴微流體控制儀器。該裝置提供了一種廉價(jià)、方便的方法，用于鑒定和靶向正確的細(xì)胞，以治療類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎（RA）等疾病。