研究人员利用3D打印技术制造微流控芯片，可用于检测新冠病毒及肿瘤细胞

导读：微流控设备是由雕刻在芯片上的微小通道组成的紧凑型测试工具，它允许生物医学研究人员在微观尺度上测试液体、颗粒和细胞的特性。

微流控芯片广泛应用于医疗保健、生物和医疗领域。它们在环境分析以及食品和农业研究中也有越来越多的用途。此外，由于制药公司在新冠肺炎大流行期间寻求高性能且具有成本效益的诊断技术，微流控变得越来越重要。

2022年4月3日，南极熊获悉，来自南加州大学维特比工程学院的研究人员开发了一种高度专业化的3D打印技术（大桶光聚合技术），可以在芯片上以前所未有的精确微尺度制造微流体通道。

微流控芯片的生产涉及到诸多繁琐复杂的步骤，微小的通道和孔往往需要手工蚀刻或模压到透明的树脂芯片中进行测试。虽然3D打印为生物医学设备的制造提供了许多优势，但直到现在大多数技术都不够灵敏，无法构建微流控设备所需的精细层结构。

通过3D打印构建微流控芯片

南加州大学工业与系统工程系博士毕业生Daniel J. Epstein和维特比工程学院的航空航天与机械工程和工业与系统工程教授Yong Chen与化学工程和材料科学教授Noah Malmstadt和普渡大学教授Huachao Mao合作进行的这项研究，发表在《自然通讯》上。

Chen说："在光投射之后，我们基本上可以决定在哪里构建（芯片的）部件，由于我们使用的是光投影技术，所以在一个层内的分辨率可以相当高。然而，层与层之间的分辨率要差得多，这是构建微尺度通道的一个关键挑战。这是我们第一次能够打印出通道高度为10微米水平的结构，而且做到了真正的精准控制，误差为±1微米。这是以前从未做过的事情，所以这是微通道3D打印的一个突破"。

不过当涉及到微流控设备时，大桶光聚合在创建芯片上所需的微小孔洞和通道方面仍有一些缺点。紫外光源经常深入到残留的液体树脂中，使设备通道壁内的材料固化和凝固，这将堵塞成品设备。

3D打印微流控设备

Chen说："理想状况下光线投射到打印树脂层时，通道壁只会固化一层，而通道内的液体树脂不受影响。但很难控制固化深度，因为我们试图针对只有10微米间隙的部件。目前商业应用的工艺只允许在100微米的水平上建立通道高度，精度控制很差，这是因为光线穿透固化层太深，除非你使用的是不透明的树脂，不允许那么多光线穿透。但是对于微流控通道，通常你想在显微镜下观察一些东西，如果它是不透明的，你就不能看到里面的材料，所以我们需要使用透明树脂。“

为了在适合微流控设备的微观层面上准确地在透明树脂中创建通道，该团队开发了一个独特的辅助平台，该平台在光源和打印设备之间移动，阻挡光线使通道壁内的液体凝固，这样就可以在设备的顶部单独添加通道顶。残留在通道内的树脂仍将处于液体状态，然后可以在打印完成后被冲出，形成通道空间。

微流控芯片应用

微流控设备在医学研究、药物开发和诊断方面有着越来越重要的应用。

Chen还表示："微流控通道的应用非常多。你可以让血样流过通道，与其他化学品混合，这样你就可以检测你是否感染了COVID或血糖水平是否是否正常。新的3D打印平台具有微尺度的通道，允许其他应用，如粒子过滤。粒子过滤机是一种微流控芯片，利用不同大小的腔室，可以分离不同大小的粒子。这可以为癌症检测和研究提供重大好处。

肿瘤细胞比正常细胞略大，正常细胞约为20微米，而肿瘤细胞可能超过100微米。现在，常规检测癌细胞都是使用活检法：从病人身上切割器官或组织，以显示健康细胞和肿瘤细胞的混合。相反，这项研究中提出的便捷式微流控设备，可以让检测样本流经具有精确打印高度的通道，将细胞分成不同的尺寸，这样那些健康细胞就不会干扰最终的检测结果。

据悉，南加州大学维特比工程学院的研究团队现在正在为这种新的3D打印方法申请专利，并正在寻求合作，将这种制造技术商业化，用于医疗检测设备。