3D打印生物醫(yī)學(xué)傳感器的方法

來源：廣西增材制造協(xié)會(huì)

據(jù)悉,，來自中國和印度的研究人員齊聚一堂,，共同審查當(dāng)前3D打印的傳感器場景，包括所使用的技術(shù)以及受影響的應(yīng)用和行業(yè),。最近在“用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的3D打印傳感器回顧”中發(fā)表了他們的發(fā)現(xiàn),。雖然傳感器的制造繼續(xù)發(fā)展，但障礙已經(jīng)普及,，并且在許多方面阻礙了傳感器制造在許多應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)其真正潛力。正如作者所指出的那樣,，傳感器就在我們身邊,，但由于制造成本，材料方面的挑戰(zhàn)（例如硅,，在低頻下也存在問題）以及溫度問題,，傳感器很多。更重要的是,，大多數(shù)傳感器不具有生物相容性,，因此在醫(yī)療領(lǐng)域取得了進(jìn)展。

隨著3D打印的出現(xiàn),，傳感器可以設(shè)計(jì)成更加簡化和經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的流程,，減少生產(chǎn)步驟，減少人工所需的工時(shí),，從而創(chuàng)建可以數(shù)字化生成的精確原型,。 3D打印傳感器通常更強(qiáng)大，更耐用,，并且已經(jīng)顯示出監(jiān)測血壓和心率,，呼吸，溫度,，大腦活動(dòng)等的前景,。

（A）熔融沉積建模（B）立體光刻（C）多噴射工藝（D）選擇性激光燒結(jié)（E）3D噴墨打�,。‵）數(shù)字光處理。

目前,，已成功使用以下流程制作傳感器：

• 熔融沉積建模（FDM）
• 立體光刻（SLA）
• Polyjet工藝
• 選擇性激光燒結(jié)（SLS）
• 3D噴墨打印和DLP
  

“在這六種類型中,，最常見的類型是FDM，它主要用于開發(fā)用于電化學(xué)傳感目的的原型,，”研究人員表示,。“其他像FDM,，SLA和噴墨打印也被考慮用于形成原型,，因?yàn)樗鼈兛梢杂幂^低的分辨率開發(fā)。 Polyjet和SLS工藝主要用于形成用于細(xì)胞培養(yǎng)應(yīng)用的傳感器,�,！�

FDM 3D打印在生物醫(yī)學(xué)用途中受到歡迎，包括AB和PLA材料,，以及蠟和尼龍等替代品,。生物打印也取得了成功，研究人員注意到良好的細(xì)胞活力和可持續(xù)性,。然而,，作者指出，使用FDM 3D打印的缺點(diǎn)包括缺乏形狀完整性和材料沒有“適當(dāng)調(diào)整”時(shí)的泄漏,。然而,，傳感器已被用于檢測葡萄糖，癌癥生物標(biāo)記物和其他物品,，如生物反應(yīng)器樣品監(jiān)測,。

SLA 3D打印因其能夠創(chuàng)建大型項(xiàng)目而非常有用。研究人員利用ABS創(chuàng)造了更復(fù)雜的設(shè)備,，如用于檢測病原體的生物傳感器和微流體設(shè)備,。還創(chuàng)建了一次性和便攜式電化學(xué)傳感器，以及復(fù)雜的組件,，例如用于尿蛋白定量的3D打印微流體部件,，其包括推動(dòng)閥、旋轉(zhuǎn)閥和扭矩致動(dòng)泵,。

a）通過慣性聚焦分離捕獲的細(xì)菌的示意圖（b）中在具有梯形橫截面的通道中表示院長渦旋 （c）3D的照片印刷的微流體裝置,。

在聚苯乙烯印刷中，固化或硬化工藝在FDM 3D打印中產(chǎn)生零件等,，可以使用多個(gè)噴嘴,。
由于多個(gè)噴頭用于打印，因此可以在單個(gè)結(jié)構(gòu)中構(gòu)建多色物體。該工藝的主要優(yōu)點(diǎn)之一是可以為原型實(shí)現(xiàn)16μm的高分辨率,，精度小于0.1 mm,。

使用polyjet 3D打印，已經(jīng)創(chuàng)建了基于細(xì)胞活力傳感器的流體設(shè)備,，以及其他創(chuàng)新,，例如防漏3D打印存儲(chǔ)設(shè)備。通過用于ATP和多巴胺傳感的聚苯乙烯3D打印,，以及生理傳感器,，電化學(xué)和生物相容性傳感器，已經(jīng)創(chuàng)建了其他傳感器,。

SLS印刷在AM工藝中使用金屬粉末：
使用激光束的局部能量需要一定的激光功率來熔化顆粒的周邊,。未使用的粉末用作3D打印部件的支撐結(jié)構(gòu)。在掃描每層之后,，降低結(jié)構(gòu)以鋪展新的粉末層,，其可以根據(jù)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）設(shè)計(jì)進(jìn)行掃描。研究人員表示,，不僅可以在SLS中使用金屬粉末顆粒,，還可以使用陶瓷和聚合物或相互組合。

SLS 3D打印的好處是可以使用許多不同的材料 - 并且正是這樣 - 粉末可用于回收,。已經(jīng)創(chuàng)建了細(xì)胞密度傳感器,，例如可以擴(kuò)展到操縱細(xì)胞的“破壞”，分發(fā)化學(xué)品,，并控制酶測定,。

3D噴墨打印有助于創(chuàng)建強(qiáng)大、復(fù)雜的結(jié)構(gòu); 例如,，研究人員已經(jīng)成功地創(chuàng)造了諸如3D打印仿生耳之類的物品。其他人已經(jīng)創(chuàng)造了諸如致動(dòng)器集成心臟結(jié)構(gòu)形狀3D彈性多功能生物膜的項(xiàng)目,，用于感測空間和時(shí)間響應(yīng),。

（A）制造的3D打印的仿生耳和（B）3D打印的仿生耳在其體外培養(yǎng)期間的圖像。（C）在印刷過程中不同階段的軟骨細(xì)胞的活力,。（D）在培養(yǎng)中印刷的耳朵的重量隨時(shí)間的偏差,，其中耳朵由軟骨細(xì)胞接種的藻酸鹽或僅分別以紅色和藍(lán)色顯示的藻酸鹽組成。（E）使用H＆E染色進(jìn)行的軟骨細(xì)胞形態(tài)的組織學(xué)分析,。（F）新軟骨組織

在培養(yǎng)10周后,，Safranin O被染色。新的軟骨組織與線圈天線接觸的（G）活力的照片（頂部）和熒光（底部）圖像和（H）仿生耳的橫截面顯示接觸的內(nèi)部軟骨組織的活力用電極,。

DLP 3D打印就像SLA一樣,，但投影儀屏幕閃爍，像圖像一樣投射圖層：“每個(gè)二維硬化層是在最安全的條件下將液態(tài)聚合物暴露在投影儀光線之后形成的，而不是制作一個(gè)帶有多個(gè)激光掃描路徑的層,，”研究人員表示,。“重復(fù)這個(gè)過程,，直到制造出整個(gè)結(jié)構(gòu),。”

諸如葡萄糖生物傳感器,，光可尋址電位傳感器和基于半導(dǎo)體的生物傳感器等項(xiàng)目是迄今為止使用DLP 3D打印創(chuàng)建的一些設(shè)備,。

“這些過程中的每一個(gè)都有其自身的優(yōu)缺點(diǎn)，包括制造成本和時(shí)間,，可以加工的材料類型和可以形成的原型,，”研究人員總結(jié)道�,！斑�提到了一些當(dāng)前的瓶頸,，以及可能采取的補(bǔ)救措施。最后,，市場調(diào)查介紹了當(dāng)前情景中以及未來幾年開發(fā)傳感器和其他電子設(shè)備的不同類型3D打印技術(shù)的支出,。”

然而,，3D打印在電子領(lǐng)域產(chǎn)生了重大影響,，更具體地說，是傳感器,。多年來,，我們一直遵循各種傳感器，以改善各種應(yīng)用中的監(jiān)控和功能,，從抵御3D打印網(wǎng)絡(luò)攻擊到制造光纖或趨向簡單但科學(xué)的問題,，如測量植物的水?dāng)z入量。

來源：廣西增材制造協(xié)會(huì)