3D打印应用于微流体的“无限”潜力

来源:3D打印商情    关键词:3D打印,3D打印技术,3D打印运用,    发布时间:2019-09-11

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据《3D打印商情》了解,近日,在一篇由欧洲研究人员Gregor Weisgrab、Aleksandr Ovsianikov和Pedro F. Costa共同撰写的论文《微流控芯片的功能性3D打印》中,详细讲述了3D打印微流体应用。该论文发表于《Advanced Science》,是根据3D打印传感器、执行器和微流体装置的其他有价值元素的最新进展而写成的,这导致了该领域从复制成型等传统制造方法转变。
微流体技术非常有用,因为它允许将生化应用从实验室设置缩减到便携式格式。研究人员称,3D打印可以创造出新一代的微流体设备,这比用传统方法制造的设备要好得多:“预计在微流体领域广泛采用3D打印技术将极有可能创造出新一代智能、响应灵敏和自主设备,能够以复杂的方式对环境进行感知和采取行动,并减少人为干预。”

将气动控制阀串联成一个泵。
3D打印微流体芯片、传感器、管道和阀门
微流体技术涉及到微流体实验室的小流体流的精确布线和操作,依赖于微流体芯片。微流体芯片通常用于特定的应用,是一种复杂的装置,旨在提供快速评估和低消耗试剂和样品。它们的小尺寸使它们成为实验室环境和护理点(POC)设置的一个有吸引力的选择。
该论文指出,在过去几年中,3D打印已被用于制造微流体芯片。广泛采用该技术的一个原因是因为3D打印减少了微流控芯片从概念到现实的周转时间。用于创建微流体芯片的典型3D打印技术包括SLA、FDM和MultiJet modeling(MJM)。
然而,研究人员声称,当用于创建具有功能操作的芯片(例如执行器和传感器)时,3D打印优于传统制造方法的好处变得明显:“直接打印元件的做法对于元件设计具有前所未有的优势,因为模块化设计的阀门和泵可以在数字图纸中重复使用。同时,由于3D打印允许对各种设计进行快速测试、适配和快速原型制作,因此加快了设备开发的进程。”
“微流体领域的3D打印技术是不可忽视的”
该研究继续详细介绍了在微流体设备中被3D打印出来的不同的执行器和传感器。例如,作者称,阀门是使用多材料3D打印制造的,而传统上它们仅使用单一材料制造。通过将柔性材料和刚性材料结合制造,阀门在通道宽度、膜厚度和膜材料刚度方面存在不同。另一方面,3D打印的泵设计提供类似于注射泵的流体流动,有助于消除对硬件的需求并增加微流体的可访问性。
针对传感器,该论文的作者解释说,只有少数是3D打印的。微流体中的传感器有助于液体流检测环境变化,并对外部和内部刺激作出反应。研究人员提供的一个例子是,用于获取感官信息的细胞生物打印。他们解释了如何使用FDM 3D打印机创建水质监测设备。当装置打印时,手动插入阳极、阴极和质子交换膜,使装置通过在阳极培养电化学活性细菌来产生信号。
最后,研究人员提到了3D打印在微流体领域的无限应用:“3D打印技术在微流体领域的现在和未来影响是不可忽视的。由于承接了3D打印的固有特征,微流体设备的开发就已经变得无限,涉及诸如体系结构、尺寸和生产设备的数量等因素。
“所有这一切目前都可以通过3D打印及其高度自动化的制造工艺实现,这种工艺可以实现同样无限的再现性和可定制性。 ”

手动控制阀门。
3D打印的其他微流体应用
正如论文详述的那样,3D打印已经在各种微流体应用中实施,并且在过去几年中取得了不俗的进展。
2019年8月初,新加坡工业与设计大学(SUTD)软流体实验室开发了一种简单的3D打印微流体装置方法,该装置集成了流体处理和功能组件。
2018年3月,来自纽约基因组中心(NYGC)和纽约大学(纽约大学)的研究人员创建了一种开源的床边3D打印液滴微流体控制仪器。该装置提供了一种廉价、方便的方法,用于鉴定和靶向正确的细胞,以治疗类风湿性关节炎(RA)等疾病。