研究人員利用3D打印為微流體技術打開了新的大門

來源： 江蘇激光聯(lián)盟

導讀：在工程學中兩個最熱門的領域相交的地方,，蒙大拿州立大學的研究人員在字面上取得了很小的突破，但是這一突破可能對廣泛的應用產生巨大影響,。

增材制造（AM）成為制造流體設備的一種越來越可行的選擇,。諸如立體光刻（SLA）和數字光處理（DLP）之類的還原聚合印刷（VPP）由于具有高分辨率，因此是創(chuàng)建3D打印微流體的流行技術,。3D打印可在計算機輔助設計（CAD）軟件中一步創(chuàng)建高通量的流體設備,，并直接進行設備參數調整。只需共享設計文件,，就可以在不同的設施中分發(fā)和復制設計和設備,。在本文中，由來自美國蒙大拿州立大學Stephan Warnat助理教授領導的研究團隊展示了玻璃上的微型傳感器與高分辨率3D打印技術的集成,，這種利用3D打印技術制造微流體設備的新方法包括操縱非常小體積的液體進行測量水質或者研究微生物等等,。

玻璃基板是使用高分辨率印刷技術（例如上述VPP或材料噴射）創(chuàng)建光學透明通道的可行方法，但是傳感器集成通常需要多步集成過程,。在該研究中,，基于玻璃的阻抗電導率傳感器直接與3D打印流動通道集成在一起，作為概念驗證設備,。該設備顯示出可以同時用作電導率傳感器和細菌細胞檢測器,。這是通過在不使用DLP樹脂打印機的基底層的情況下，直接在帶有圖案化電極的玻璃基板上進行打印來實現(xiàn)的,。

微流體裝置內的光學透明表面對于準確定量化學,、生物學和機械相互作用至關重要。但是,，盡管與傳統(tǒng)技術相比3D打印微流體樣機具有制造靈活性,，3D打印樹脂也會由于表面粗糙度和缺陷而產生半透明的通道。盡管理論上使用透明樹脂可以創(chuàng)建透明設備,，但固有的表面缺陷會導致光擴散,，從而形成半透明通道,。

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Warnat和他的團隊使用新方法演示了他們可以在玻璃上直接進行3D打印，以形成包含液體的細通道（寬不到1毫米）,。新工藝大大減少了制造時間,，并使研究人員能夠在他們的實驗室中輕松生產出價格合理的定制設備原型——微流控芯片。Warnat表示從生產開始到最終測試,，整個轉變可能需要一天的時間,。他估計使用新方法制造典型芯片的材料成本約為1美元。

本工作中使用的微加工傳感器的圖像

Michael Neubauer是蒙大拿州立大學的一名研究生,，他與Warna合著了這篇文章,，他利用蒙大拿微制造工廠制造了金屬傳感器，他形容這些傳感器看起來像是可以測量電流變化的聯(lián)鎖手指,，以檢測水中的某些礦物質,。

Warnat本人計劃利用這項新技術，進一步開發(fā)新的,、更廉價的微型傳感器,，用于測量河流和土壤中的水質。他的項目是MSU獲得5萬美元“種子”資助的三個項目之一,，該資助是去年通過環(huán)境水系統(tǒng)研究聯(lián)合會(CREWS)授予的,，該聯(lián)合會在2019年早些時候從國家科學基金會獲得了2000萬美元�,？唆斔寡芯糠N子獎勵計劃旨在資助創(chuàng)新研究在蒙大拿州的高等教育機構中建立研究能力。

MSU生物膜工程中心的其他MSU研究人員表示有興趣將這種新技術用于各種涉及微生物的研究項目,。一直與沃納特團隊合作的化學與生物工程系教授克里斯汀福爾曼(Christine Foreman)表示:“這些傳感器成本低,、體積小，非常適合在需要在多個地點進行大量測量的環(huán)境和工業(yè)應用中使用,�,！�

機械和工業(yè)工程部門的負責人丹·米勒說：“將這項技術應用于眾多學科的研究確實有很多機會。未來的研究正在這些跨學科團隊中進行,，因此,，Warnat處于領先地位�,！�

Stephan Warnat（左）和博士生Michael Neubauer在他們的實驗室中研究帶有嵌入式傳感器的3D打印微流體芯片,。圖片來源：Adrian Sanchez-Gonzalez

Warnat表示生物膜工程中心的協(xié)作性質，加上蒙大納州微制造設施的功能,，有助于激發(fā)和支持3D打印技術的發(fā)展,。并且對這一成就的反應也非常令人鼓舞。

新發(fā)現(xiàn)允許將傳感器直接3D打印在運動器官上

本文來源：DOI: 10.1088/2631-8695/ab5e9f