研究人员利用3D打印为微流体技术打开了新的大门

来源： 江苏激光联盟

导读：在工程学中两个最热门的领域相交的地方，蒙大拿州立大学的研究人员在字面上取得了很小的突破，但是这一突破可能对广泛的应用产生巨大影响。

增材制造（AM）成为制造流体设备的一种越来越可行的选择。诸如立体光刻（SLA）和数字光处理（DLP）之类的还原聚合印刷（VPP）由于具有高分辨率，因此是创建3D打印微流体的流行技术。3D打印可在计算机辅助设计（CAD）软件中一步创建高通量的流体设备，并直接进行设备参数调整。只需共享设计文件，就可以在不同的设施中分发和复制设计和设备。在本文中，由来自美国蒙大拿州立大学Stephan Warnat助理教授领导的研究团队展示了玻璃上的微型传感器与高分辨率3D打印技术的集成，这种利用3D打印技术制造微流体设备的新方法包括操纵非常小体积的液体进行测量水质或者研究微生物等等。

玻璃基板是使用高分辨率印刷技术（例如上述VPP或材料喷射）创建光学透明通道的可行方法，但是传感器集成通常需要多步集成过程。在该研究中，基于玻璃的阻抗电导率传感器直接与3D打印流动通道集成在一起，作为概念验证设备。该设备显示出可以同时用作电导率传感器和细菌细胞检测器。这是通过在不使用DLP树脂打印机的基底层的情况下，直接在带有图案化电极的玻璃基板上进行打印来实现的。

微流体装置内的光学透明表面对于准确定量化学、生物学和机械相互作用至关重要。但是，尽管与传统技术相比3D打印微流体样机具有制造灵活性，3D打印树脂也会由于表面粗糙度和缺陷而产生半透明的通道。尽管理论上使用透明树脂可以创建透明设备，但固有的表面缺陷会导致光扩散，从而形成半透明通道。

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Warnat和他的团队使用新方法演示了他们可以在玻璃上直接进行3D打印，以形成包含液体的细通道（宽不到1毫米）。新工艺大大减少了制造时间，并使研究人员能够在他们的实验室中轻松生产出价格合理的定制设备原型——微流控芯片。Warnat表示从生产开始到最终测试，整个转变可能需要一天的时间。他估计使用新方法制造典型芯片的材料成本约为1美元。

本工作中使用的微加工传感器的图像

Michael Neubauer是蒙大拿州立大学的一名研究生，他与Warna合著了这篇文章，他利用蒙大拿微制造工厂制造了金属传感器，他形容这些传感器看起来像是可以测量电流变化的联锁手指，以检测水中的某些矿物质。

Warnat本人计划利用这项新技术，进一步开发新的、更廉价的微型传感器，用于测量河流和土壤中的水质。他的项目是MSU获得5万美元“种子”资助的三个项目之一，该资助是去年通过环境水系统研究联合会(CREWS)授予的，该联合会在2019年早些时候从国家科学基金会获得了2000万美元。克鲁斯研究种子奖励计划旨在资助创新研究在蒙大拿州的高等教育机构中建立研究能力。

MSU生物膜工程中心的其他MSU研究人员表示有兴趣将这种新技术用于各种涉及微生物的研究项目。一直与沃纳特团队合作的化学与生物工程系教授克里斯汀福尔曼(Christine Foreman)表示:“这些传感器成本低、体积小，非常适合在需要在多个地点进行大量测量的环境和工业应用中使用。”

机械和工业工程部门的负责人丹·米勒说：“将这项技术应用于众多学科的研究确实有很多机会。未来的研究正在这些跨学科团队中进行，因此，Warnat处于领先地位。”

Stephan Warnat（左）和博士生Michael Neubauer在他们的实验室中研究带有嵌入式传感器的3D打印微流体芯片。图片来源：Adrian Sanchez-Gonzalez

Warnat表示生物膜工程中心的协作性质，加上蒙大纳州微制造设施的功能，有助于激发和支持3D打印技术的发展。并且对这一成就的反应也非常令人鼓舞。

新发现允许将传感器直接3D打印在运动器官上

本文来源：DOI: 10.1088/2631-8695/ab5e9f