3D打印生物医学传感器的方法综述

来源：3D打印商情

虽然传感器的制造持续发展，但障碍依然存在，并且在许多方面阻碍了传感器制造在许多应用中实现其真正潜力，随着3D打印的出现，传感器可以设计成更加简化和经济实惠的流程，减少生产步骤，减少人工所需的工时，从而创建可以数字化生成的精确原型。3D打印传感器通常更强大、更耐用，并且已经显示出监测血压和心率、呼吸、温度、大脑活动等的前景。

（A）熔融沉积建模（B）立体光刻（C）多喷射工艺（D）选择性激光烧结（E）3D喷墨打印（F）数字光处理。

目前，已成功使用以下流程制作传感器：
1、熔融沉积建模（FDM）；
2、立体光刻（SLA）；
3、Polyjet（聚喷）工艺；
4、选择性激光烧结（SLS）；
5、3D喷墨打印；
6、DLP。
“在这六种类型中，最常见的类型是FDM，它主要用于开发用于电化学传感目的的原型，”研究人员表示，“其他像FDM，SLA和喷墨打印也被考虑用于形成原型，因为它们可以用较低的分辨率开发。Polyjet和SLS工艺主要用于形成用于细胞培养应用的传感器。”

（a）通过惯性聚焦分离捕获的细菌的示意图。（b）具有梯形截面的沟道中涡的表示。（c）3D打印的微流体装置照片。

在polyjet 3D打印中，固化或硬化工艺会产生零件——如同FDM 3D打印一样，可以使用多个喷嘴。“由于多个喷头用于打印，因此可以在单个结构中构建多色物体。该工艺的主要优点之一是可以为原型实现16μm的高分辨率，精度小于0.1 mm。”

使用polyjet 3D打印，已经创建了基于细胞活力传感器的流体设备，以及其他创新技术，例如防漏3D打印存储设备。通过用于ATP和多巴胺传感的聚喷3D打印，以及生理传感器、电化学和生物相容性传感器，已经创建了其他传感器。

SLS打印在AM工艺中使用金属粉末：
使用激光束的局部能量需要一定的激光功率来熔化颗粒的外围。未使用的粉末用作3D打印部件的支撑结构。在扫描每层之后，降低结构以铺展新的粉末层，其可以根据计算机辅助设计（CAD）设计进行扫描。研究人员表示，不仅可以在SLS中使用金属粉末颗粒，还可以使用陶瓷和聚合物或相互组合。

SLS 3D打印的好处是可以使用许多不同的材料——这样粉末还可用于回收。作者解释说，细胞密度传感器已经被创造出来，它们可以扩展到操纵细胞的“干扰”，分配化学物质和控制酶的检测。

连续重新校准3D打印的控制单元自适应P控制器。（A）3D打印的烧瓶，用定义的算法控制溶液的pH值。（B）3D打印烧瓶的内部。（C）散射光的振幅、pH值和强度随时间的变化。

3D喷墨打印有助于创建强大、复杂的结构。例如，研究人员已经成功地创造了诸如3D打印仿生耳之类的物品。还有研究人员已经创造了诸如致动器集成心脏结构形状3D弹性多功能生物膜的项目，用于感测空间和时间反应。

（A）3D打印的仿生耳；（B）3D打印的仿生耳在其体外培养期间的图像。（C）在打印过程中不同阶段的软骨细胞的活力。（D）在培养中打印的耳朵的重量随时间推移的偏差，其中耳朵由软骨细胞接种的藻酸盐或仅分别以红色和蓝色显示的藻酸盐组成。（E）使用H＆E染色进行的软骨细胞形态的组织学分析。（F）新软骨组织在培养10周后，Safranin O被染色。（G）新软骨组织的活力与线圈的天线和(H)横截面的仿生耳朵显示了内软骨组织与电极接触的活力。

“每一种工艺在制造成本和时间、可以加工的材料类型和可以形成的原型方面都有各自的优缺点。”研究人员总结道。“我们亦提到目前的一些瓶颈，以及解决这些问题的补救方法。最后，还对目前和今后几年开发传感器和其他电子设备的不同类型3D打印技术的支出情况进行了市场调查。”

然而，3D打印在电子领域产生了重大影响，尤其是传感器。多年来，我们一直创建各种传感器，以改善各种应用中的监控和功能，从抵御3D打印网络攻击到制造光纤或趋向简单但科学的问题，如测量植物的水摄入量。

（a）3D打印的智能手机适配器（b）3D打印的墨盒和滑盖。（c）用于BL信号采集和分析的组装的基于智能手机的设备。