微納3D打�,。和苿雍５卤ご髮W(xué)IMSEAM微流控技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵力量

來源：摩方精密

德國歷史最悠久的高等學(xué)府——海德堡大學(xué),，作為歐洲科研項目最密集的機構(gòu)之一，在2022年時設(shè)立了分子系統(tǒng)工程與先進(jìn)材料研究所（IMSEAM）,。為了給繁多的科研項目提供了堅實的后盾,，IMSEAM選擇了摩方精密的面投影微立體光刻（PµSL）3D打印技術(shù)，進(jìn)一步確保了微孔板,、微流控裝置以及器官芯片等高精度微型部件的精準(zhǔn)制造,。通過PµSL技術(shù)的應(yīng)用，顯著提高了研究流程的效率和科研成果的整體質(zhì)量,。這一技術(shù)的集成,，為IMSEAM的科學(xué)探索之路開啟了新的篇章，實現(xiàn)了科研創(chuàng)新與精密制造的無縫對接,。

IMSEAM一直致力于在分子水平上合成和天然的構(gòu)建模塊,，創(chuàng)新研發(fā)新材料、新方法和新技術(shù),。目前,，IMSEAM旗下設(shè)有四個研究小組以及兩個青年研究小組，這些小組致力于材料開發(fā),、有機電子,、環(huán)境科學(xué)和生物醫(yī)療領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論與應(yīng)用研究。此外,，IMSEAM為校內(nèi)其他研究小組提供了設(shè)備制造與表征服務(wù)（IMSEAM核心設(shè)施）,、軟（生物）材料表征以及微流控技術(shù)領(lǐng)域的核心設(shè)施支持。

高精度制造,，滿足多樣化需求
微流控技術(shù)作為一門迅速發(fā)展的前沿領(lǐng)域,，其應(yīng)用已遍及多個學(xué)科研究。該技術(shù)涉及從流體動力學(xué)的深入理解,，到基于液滴的微流控方法以合成細(xì)胞的創(chuàng)建,，以及連續(xù)流動微流控和構(gòu)建復(fù)雜器官芯片模型的實踐。微流控核心設(shè)施部門（µFlu CF）旨在為校內(nèi)所有對微流控技術(shù)感興趣的研究團(tuán)隊提供全面的支持,，涵蓋項目設(shè)計,、微流控芯片制造，以及生物安全實驗室等各個環(huán)節(jié)。

該部門的項目負(fù)責(zé)人Pashapour博士指出：“2022年5月,，我們啟動了微流控芯片生產(chǎn)與分析所需的首批設(shè)備的采購工作,。”在傳統(tǒng)的微流控芯片制造過程中,，通常采用光刻技術(shù)，在涂有光刻膠的硅晶圓上制作主模具,。為此,，該部門購置了一臺無掩模對準(zhǔn)器，該設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)1至200 μm范圍內(nèi)高度的2D結(jié)構(gòu)的精確制造,。為了確保結(jié)構(gòu)高度的一致性,，該部門還需利用干涉輪廓儀進(jìn)行測量，以監(jiān)控硅晶圓與曝光光刻膠之間的厚度差異,，但測量的公差范圍介于1 μm至2-3 mm之間,。

Pashapour博士表明：“除了上述工藝流程，我們同樣希望能夠生產(chǎn)具有3D結(jié)構(gòu)的微流控芯片,。因此,，我們正在探索合適的3D打印技術(shù)解決方案�,！�

nanoArch® S140：摩方精密10 μm級3D打印設(shè)備,，以其卓越的精度，高公差控制能力,，成功實現(xiàn)了科研級復(fù)雜微零件的制造,。

PµSL技術(shù)，科研創(chuàng)新的得力工具
在完成了深入的市場調(diào)研和全面的評估之后,，IMSEAM選定了一個代表性的設(shè)計,，并將其提交給四至五個供應(yīng)商進(jìn)行打印。隨后,，IMSEAM對這些打印件的精度,、質(zhì)量和打印效率進(jìn)行了評估。在挑選打印設(shè)備的過程中,，Pashapour博士著重指出了打印機在打印狹窄通道時保持壁面光滑的重要性,，以確保在后續(xù)實驗中避免湍流的發(fā)生。經(jīng)過嚴(yán)苛的篩選過程,，IMSEAM最終決定采用摩方精密的nanoArch® S140（精度：10 μm）3D打印機,，這是因為摩方精密能夠精確地制造出滿足設(shè)計規(guī)格的樣品部件。

摩方精密PμSL 3D打印技術(shù)為科研制造領(lǐng)域帶來了所需的高分辨率,、高準(zhǔn)確性和高精確度,。作為一種立體光刻（SLA）技術(shù)，PμSL依賴于數(shù)字光處理引擎（DLP）、精密光學(xué)元件,、高精度運動控制系統(tǒng)以及相應(yīng)的軟件,。與傳統(tǒng)的SLA技術(shù)相似，PμSL技術(shù)通過將部件分層,，并利用光源投射到液態(tài)光敏樹脂上來實現(xiàn)打印,。在曝光區(qū)域內(nèi)，樹脂中的聚合物發(fā)生交聯(lián)和固化,。Pashapour博士評價道：“S140這臺設(shè)備的表現(xiàn)令人難以置信,，它能夠制備出非常完美的樣件，完全符合我們的需求,。

網(wǎng)格：100 µm細(xì)網(wǎng)格的3D打印,，用于細(xì)胞誘導(dǎo)的變形

腔室：在腔室中捕獲器官樣體，腔室寬度為200 µm,，兩側(cè)腔室有100 µm的流入口

開源兼容,，提供精準(zhǔn)定制化服務(wù)
為了滿足微流控技術(shù)的高標(biāo)準(zhǔn)需求，IMSEAM采用了nanoArch® S140 3D打印機,，以促進(jìn)其在微流控領(lǐng)域的研究與創(chuàng)新,。該打印機擁有94 x 52 x 45 mm³的構(gòu)建體積，為操作提供了必要的靈活性,。該設(shè)備的開源特性使得研究所不僅能夠使用摩方精密自主研發(fā)的材料,，還能夠選用第三方供應(yīng)商提供的產(chǎn)品，從而進(jìn)一步拓寬了材料選擇的范圍

nanoArch® S140 3D打印機相較于其他制造商的產(chǎn)品,，賦予了用戶更廣泛的打印參數(shù)調(diào)整權(quán)限,，這一特點顯著增強了打印的定制性和適應(yīng)性，從而確保能在最佳條件下獲得預(yù)期結(jié)果,。設(shè)備安裝就緒后,，摩方精密為IMSEAM團(tuán)隊提供了全面的教學(xué)和操作培訓(xùn)，涵蓋了設(shè)備原理和操作細(xì)節(jié),。為期一周的培訓(xùn)確保了研究團(tuán)隊對打印機各項功能的深入掌握,。

Pashapour博士指出，在嘗試打印首個項目期間,，他們通過售后服務(wù)迅速獲得了支持,，響應(yīng)極為迅速。自2023年9月起,，nanoArch®  S140便保持全天候運行,，僅在圣誕節(jié)假期期間暫停。這種不間斷的運行狀態(tài)充分體現(xiàn)了打印機的高效與可靠性,。Pashapour博士還提到,，團(tuán)隊已進(jìn)行了一次膜的更換,，并參加了在線培訓(xùn)課程，旨在進(jìn)一步提高打印技術(shù)并優(yōu)化打印流程,。

150 µm空心立方體：涂覆碳納米管,，用于3D細(xì)胞激活胞誘導(dǎo)的變形

微孔板：3D打印的微孔，直徑和深度均為80 µm,，間距為20 µm,，用于捕獲GUVs

激活科研潛力，加速研究成果實現(xiàn)轉(zhuǎn)化
IMSEAM的微流控核心設(shè)施部門（µFlu CF）已成功部署了摩方精密PμSL 3D打印技術(shù),，特別是其在玻璃基板上直接打印黃色樹脂的能力,，顯得尤為關(guān)鍵。Pashapour博士強調(diào),，這種能力為微流控過程的分析提供了更清晰和直觀的觀察視角，進(jìn)而促進(jìn)了對于微流控機制更深入的理解,。

盡管如此,，Pashapour博士也提及了所面臨的一些挑戰(zhàn)，尤其是在將玻璃板在構(gòu)建平臺上進(jìn)行微米級精度對齊的過程中,。目前,，團(tuán)隊主要依靠卡尺來完成這一任務(wù)，但Pashapour博士期望未來能夠獲得更先進(jìn)的軟件支持,，以提升對齊的精確度和操作效率,。

此外，IMSEAM已成功完成了多個項目,，涵蓋了具有150 μm空腔的立方體,、直徑和深度均為80 μm、間距為20 μm的3D打印微孔板,，以及用于細(xì)胞誘導(dǎo)變形的100 μm精細(xì)網(wǎng)格,。這些項目的成功實施，不僅展現(xiàn)了nanoArch® S140 3D打印機在精度方面的卓越性能,，也凸顯了其在微流控領(lǐng)域的關(guān)鍵應(yīng)用潛力,。

Pashapour博士還表示，他們期望能夠利用彈性材料進(jìn)行打印,，例如用于合成肺的器官芯片,。同時，他們也在探究是否能夠通過摩方精密2 μm分辨率的打印機來制造更加精密的支撐結(jié)構(gòu),。