微纳3D打印在微流体装置的应用

发布日期:2023-12-08

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基于微流控的设备 (MFD) 已用于许多医疗保健、生物和医疗应用。它们在环境分析、粮食和农业研究中的用途也越来越多。MFD提供了一种快速、安全且经济高效的方法来处理百万分之一 (ppm) 或更少的流体样品。芯片实验室(LOC) 技术使自动化和高通量筛选成为可能,且流体体积极小。在设计用于 3D 打印的微流体设备时,仍然存在需要克服的挑战。

 

设计自由度和制造复杂性

随着研究人员不断寻找MFD的新用途,注塑成型可以生产大量用于测试的 LOC,但工具价格昂贵,并且需要数周甚至数月才能到达。研究人员希望加快设计和制造过程。他们还希望在设计 MFD 时增加更大的自由度,以支持更大的复杂性,尤其是通过注入和排出流体的微小通道。

 

通道设计与材料选择

当前的制造方法限制了在微流体中创建复杂3D通道的能力。随着MFD新用途的不断开发,在设计微流体器件时,工程师希望能够设计直径小于100微米且具有高深宽比的通道。为了实现更高的复杂性和更小的通道尺寸,研究人员需要先进的制造解决方案。

 

聚合物因其良好的生化性能、低成本且支持快速制造而被用于许多微流体装置。然而,设计人员需要耐高温且具有生物相容性的特定应用聚合物。增材制造或 3D 打印是一种选择,但具体技术有所不同。

 

微流体3D打印

为了实现更高的复杂性和更小的通道尺寸,研究人员需要先进的解决方案。3D打印可以生产复杂的零件,但并非所有 3D 打印机都能以所需的分辨率和所需的速度创建具有精细特征和严格公差的小型组件。

 

投影微立体光刻 (PμSL) 是微精密立体光刻 (SLA) 的一种形式,可提高MFD设计的自由度并支持更高的设备复杂性。借助 PμSL 技术,紫外线 (UV) 闪光会导致整层液态聚合物树脂快速光聚合。PμSL 技术还支持连续曝光以加快处理速度。重要的是,设计人员可以以 2 μm 分辨率和 ± 10 μm 精度大规模 3D 打印小型零件。

 

PμSL技术的优势

PμSL 技术支持用于成型材料(如软光刻中最常用的材料聚二甲基硅氧烷 (PDMS))的高精度微型模具的生产,与其他 3D 打印平台相比,PμSL 技术还提供更好的表面光洁度(0.4 – 2.5 rA)。

 

为了满足微流控器件的特定需求,PμSL技术可以打印小至10μm且具有高深宽比的3D通道。

 

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