南加州大学的格里塔·哈里森 研究小组创造的微流体芯片的例子
信用:杨旭 微流体设备是由芯片上雕刻的微小通道组成的紧凑型测试工具，允许生物医学研究人员在微观层面上测试液体、粒子和细胞的属性
它们对于癌症、糖尿病以及现在的新冠肺炎等领域的药物开发、诊断测试和医学研究至关重要
然而，这些设备的生产是非常劳动密集型的，具有微小的通道和井，通常需要手工蚀刻或模制到透明树脂芯片中用于测试
虽然3D打印为生物医学设备制造提供了许多优势，但其技术此前不够敏感，无法构建微流体设备所需的微小细节层
迄今
南加州大学维特比工程学院的研究人员现在已经开发出一种高度专业化的3D打印技术，允许在芯片上以精确的微米级制造微流体通道，这是以前无法实现的
这项研究由丹尼尔J
爱泼斯坦工业和系统工程系
D
研究生杨旭和航空航天与机械工程和工业与系统工程教授，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，发表在《自然通讯》上
该研究小组使用了一种称为vat光聚合的3D打印技术，该技术利用光来控制液态树脂材料转化为固态
“在光投影之后，我们基本上可以决定在哪里建造(芯片的)部件，因为我们使用光，所以一层内的分辨率可以相当高
然而，层间的分辨率要差得多，这是建立微尺度通道的一个关键挑战，”陈说
“这是我们第一次能够打印通道高度在10微米水平的东西；我们可以非常精确地控制它，误差在正负一微米
这是以前从未做过的事情，因此这是小通道3D打印的突破，”他说
瓮光聚合利用充满液体光聚合物树脂的瓮，从该树脂中一层一层地构造出印刷品
紫外线照射在物体上，固化和硬化每一层的树脂
当这种情况发生时，构建平台将印刷项目向上或向下移动，以便可以在其上构建附加层
但是当涉及到微流体设备时，大桶光聚合在制造芯片所需的微孔和通道方面有一些缺点
紫外光源通常深深地穿透残留的液体树脂，固化和凝固装置通道壁内的材料，这会阻塞最终的装置
“当你投射光线时，理想情况下，你只想固化一层通道壁，让通道内部的液态树脂保持不动；但是很难控制固化深度，因为我们试图瞄准只有10微米间隙的东西，”陈说
他说，目前的商业工艺只允许创建100微米级别的通道高度，精度控制很差，因为光穿透固化层太深，除非你使用不透明的树脂，不允许太多的光穿透
“但对于微流体通道，通常你想在显微镜下观察一些东西，如果它是不透明的，你就看不到里面的物质，所以我们需要使用透明的树脂，”陈说
为了在适合微流体设备的微米级水平上精确地在透明树脂中创建通道，该团队开发了一种独特的辅助平台，它可以在光源和打印设备之间移动，阻止光固化通道壁内的液体，以便通道顶部可以单独添加到设备的顶部
保留在通道中的残留树脂将仍然处于液态，然后可以在印刷过程之后被冲洗掉，以形成通道空间
微流体装置在医学研究、药物开发和诊断中具有越来越重要的应用
“微流体通道有很多应用
你可以让血液样本流过通道，将它与其他化学物质混合，这样你就可以，例如，检测你是否有COVID或高血糖水平，”陈说
他说，新的3D打印平台及其微尺度通道允许其他应用，如粒子分类
粒子分类器是一种微流体芯片，它利用不同大小的室来分离不同大小的粒子
这将为癌症检测和研究带来巨大的好处
“肿瘤细胞比正常细胞略大，大约20微米
肿瘤细胞可能超过100微米，”陈说
“现在，我们使用活检来检查癌细胞；从病人身上切下器官或组织以显示健康细胞和肿瘤细胞的混合物
相反，我们可以使用简单的微流控设备使(样品)流经具有精确印刷高度的通道，将细胞分成不同大小，这样我们就不会让那些健康的细胞干扰我们的检测
" 陈表示，该研究团队目前正在为这种新的3D打印方法申请专利，并寻求合作，以实现医疗检测设备制造技术的商业化
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