PμSL微尺度3D打印技术在微流控应用的进展

发布日期:2023-11-16

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微流控,是一种在微米尺度的小型通道中处理和操控液体的技术。通常使用微型流道和微阀门等微加工技术来控制液体的流动和混合,通过对流量的控制,实现化学分析、药物筛选、细胞培养、基因检测等多种功能。该技术在时间和空间上,为实验机构研究分子浓度控制带来了全新的技术解决方案,有效应对研发周期长,成本高的困境。

 

现阶段,微流控技术主要应用在即时检验和生物制药、生命科学研究等领域。从生命科学领域来看,基于微流控技术的器官芯片逐渐成为业界关注的新兴领域。摩方精密自研的毛细血管器官芯片,正是结合微流控的结构特征,利用高精度微纳3D打印技术完成了研发制备,有望助力拓展微流控技术在生命科学领域的多元化应用。

 

当然,值得关注的还有工业制造领域的产能问题。利用微流控芯片进行高性能微球制备的新路径,在近两年将会完成工业级产能突破,或将推动微流控芯片从反应时代跨向生产时代。

 

市场需求 快速驱动

百亿美金市场飞速增长,中国实力崭露头角

依据2022年7月国际 MEMS领域权威咨询公司Yole Developpement发布的《Status of the Microfluidics Industry 2022》研究报告,2021年全球微流控芯片产业总值达到了181亿美元。预计到2027年,全球微流控芯片市场份额将升至323亿美元,2021 年至-2027年间的复合年增长率预计为10.1%。这一数据充分展示了微流控芯片产业的强大潜力。

2021-2027微流控芯片领域市场预测(Yole Developpement)

 

根据Yole的统计数据,2017年中国微流控市场规模约为5.52亿美元。在国际品牌方面,它们在国内微流控产品的销售额达到了3.68亿美元,占总规模的67%。与此同时,国内各类微流控产品的销售额约为1.71亿美元,占总比的33%。

 

这一数据揭示了中国微流控市场的两部分特点:一方面,国际品牌在国内市场的影响力不容小觑;另一方面,国产微流控产品在逐渐崭露头角,表现出市场的竞争力。随着国内政策的支持以及企业在技术创新和研发投入上的不断加大,未来中国微流控市场有望进一步壮大。

微流控芯片相关产品中国市场销售额(Yole Developpement)

 

多元领域 应用实例

应用领域广泛,未来前景可观

微流控技术在时间和空间上,为分子浓度控制带来了全新的技术解决方案。随着微纳3D打印技术的迭代发展,其可快速将模型数据形成实物,具有简化步骤,缩短论证时间和开发周期等优势,为研发提供了更广阔的创新空间,可被广泛应用于航空航天、医学、农业、生物工程、材料加工、化工工业等众多领域。

 

  • 北京航空航天大学冯林实验室

利用声波微流控从手术切除乳腺肿瘤小鼠全血中捕获CTCs,其中使用了面投影微立体光刻(PμSL)技术结合PDMS翻模技术可制备声学微流控芯片,实现循环肿瘤细胞的精准捕获。

论文链接:https://doi.org/10.1039/D1LC00628B

 

  • 中南大学陈翔/赵爽/陈泽宇团队

使用摩方精密高精度3D打印技术nanoArch®S140制作了微流控混合器件(MMD),实现一步式构建靶向脂质体。

论文链接:https://doi.org/10.1002/smll.202205498

 

  • 南方科技大学郭传飞课题组

基于离电传感器的指尖脉搏测试在动脉硬化中的应用。PμSL技术高精度、一体打印花生-凹槽微结构,助力于制备宽线性传感范围(0-150KPa)和高灵敏度的柔性可穿戴离子传感器,可实现脉冲波速的精准测量,有望用于临床动脉硬化的评估治疗中。

论文链接:https://doi.org/10.1002/adhm.202301838

 

  • 哈工大、华大基因、华东理工大学、斯威本科技大学等团队

构建了一种创新型微流体电化学生物传感平台,通过在微柱阵列电极上涂覆3D双金属 Pt-Pd 纳米树,实现了电化学传感灵敏度的提升。其中微柱阵列电极的制造过程主要依赖于面投影微立体光刻(PμSL)技术结合PDMS翻模技术。

论文链接:https://doi.org/10.1016/j.bios.2022.114703

 

  • 上海大学张源课题组

为了解决通过对炎症因子的检测灵敏度的限制问题,提出了一种合理有效的电化学免疫传感器件设计策略。该团队以ZIF-8@Ag NWs为电极材料,结合摩方精密nanoArch® S140设备和丝网印刷技术,开发了一种多通道的电化学免疫传感微流控芯片,用于血清中炎症因子IL-6和IL-8的联合检测。

论文链接:www.sciopen.com/article/10.1007/s12274-022-5030-y

 

微纳3D打印技术有效推动了微流控技术的创新应用,包括新型材料、制造工艺、控制算法等方面的突破。微流控技术将与其他学科领域(如人工智能、生物信息学、大数据等)深度融合,推动跨学科研究和发展。这将有助于拓展微流控技术的应用范围,解决更多实际问题。

 

摩方精密独有的高精度、高公差控制能力的微纳3D打印设备,在微流控领域具备大量丰富的经验和技术实力,为微流控技术的发展和应用提供支持,继续深化与各领域的合作,共同拓宽微流控技术的应用边界。

 

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