由研究团队创造的微流控芯片的一个例子。图像/杨旭
微流控设备是一种紧凑的测试工具，由刻在芯片上的微小通道组成，使生物医学研究人员能够在微观尺度上测试液体、颗粒和细胞的特性。它们对癌症、糖尿病等领域的药物开发、诊断测试和医学研究至关重要，现在又涉及COVID-19。然而，这些设备的生产是非常劳动密集型的，有微小的通道和井，往往需要人工蚀刻或模压成透明的树脂芯片进行测试。虽然3D打印为生物医学设备制造提供了许多优势，但其技术以前不够敏感，无法构建具有微流体设备所需的微小细节的层。直到现在。
南加州大学维特比工程学院的研究人员现在bob国际首页登录开发了一种高度专业化的3D打印技术，可以在芯片上以以前无法实现的精确微尺度制造微流控通道。自然通讯。
该研究团队使用了一种被称为还原光聚合的3D打印技术，该技术利用光来控制液体树脂材料向固态的转变。
“在光线投射之后，我们基本上可以决定在哪里构建(芯片的)部件，因为我们使用光线，所以一层内的分辨率可以相当高。然而，层与层之间的分辨率要差得多，这是构建微尺度通道的关键挑战。”
“这是我们第一次能够打印通道高度为10微米的东西;我们可以非常精确地控制它，误差在正负一微米。这是以前从未做过的事情，所以这是小通道3D打印的一个突破。”
还原光聚合技术是利用一个装满液态光聚合树脂的还原容器，用它一层一层地构建打印件。然后紫外线照射到物体上，固化和硬化每一层的树脂。当这种情况发生时，构建平台将打印项向上或向下移动，以便在其上构建其他层。
但当涉及到微流控器件时，还原光聚合在芯片上所需的微孔和通道的创建方面有一些缺点。紫外线光源经常深入到残留的液态树脂中，固化和固化器件通道壁内的材料，从而堵塞成品器件。
“理想情况下，当你投射光线时，你只需要固化通道壁的一层，而通道内的液体树脂不受影响;但很难控制固化深度，因为我们的目标是只有10微米的缝隙。”
他说，目前的商业工艺只允许在100微米水平上创建通道高度，精度控制很差，因为光线穿透固化层太深，除非你使用的是不透明的树脂，不允许太多的光线穿透。
Chen说:“但是使用微流体通道，通常你想在显微镜下观察一些东西，如果它是不透明的，你就看不到里面的材料，所以我们需要使用透明树脂。”
为了在适合微流体设备的微尺度水平上准确地在透明树脂中创建通道，该团队开发了一种独特的辅助平台，该平台在光源和打印设备之间移动，阻止光线固化通道壁内的液体，这样通道屋顶就可以单独添加到设备的顶部。残留在通道中的树脂仍然处于液态，然后可以在打印过程后被冲洗出来，形成通道空间。
南加州大学维特比研究团队在这段视频中演示了使用辅助平台的新研究。bob国际首页登录
微流控器件在医学研究、药物开发和诊断方面有着越来越重要的应用。
“微流体通道有很多应用。你可以让血液样本通过通道，将其与其他化学物质混合，这样你就可以检测出你是否患有COVID或高血糖水平，”陈说。
他说，新的3D打印平台，其微型通道，允许其他应用，如粒子分类。颗粒分选机是一种微流控芯片，利用不同大小的腔室可以分离不同大小的颗粒。这将为癌症检测和研究带来巨大的好处。
“肿瘤细胞比正常细胞略大，正常细胞约为20微米。肿瘤细胞可能超过100微米。”“现在，我们用活组织检查癌细胞;从病人身上切除器官或组织，以显示健康细胞和肿瘤细胞的混合。相反，我们可以使用简单的微流体设备使(样本)通过精确打印高度的通道流动，将细胞分离成不同的大小，这样我们就不会让那些健康的细胞干扰我们的检测。”
陈说，研究团队目前正在为这种新的3D打印方法申请专利，并正在寻求合作，将这种制造技术商业化用于医疗测试设备。
出版于2022年4月1日
最后更新于2022年4月1日
