淺析3D打印在微流控器件系統(tǒng)集成中的應(yīng)用

微流控器件的復(fù)雜制備過程一直困擾著微流控技術(shù)的商業(yè)化進(jìn)程。

近日，科學(xué)家利用多材料3D打印技術(shù)，開發(fā)了一套微流控集成處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以根據(jù)預(yù)設(shè)的二維碼指令，自動實(shí)現(xiàn)液體處理的各種基本功能，包括液滴的定量產(chǎn)生和存儲、液體混合、生物監(jiān)測等。該工作刊登在最新一期的英國皇家化學(xué)協(xié)會Lab on a Chip上，并以封底文章形式進(jìn)行報道。

微流控集成系統(tǒng)實(shí)物圖

該集成系統(tǒng)主要由主板和微流芯片兩部分構(gòu)成。主板直接由多材料3D打印機(jī)打印成型，主板上集成了三個微流體泵，多個微流體閥和一組篩分系統(tǒng)，提供液體的運(yùn)輸、供給、篩分等基本功能。主板周圍提供接口，可以根據(jù)用戶具體需求，連接多塊微流體芯片，從而實(shí)現(xiàn)不同的功能，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高度定制化。主板結(jié)構(gòu)部分由硬質(zhì)光敏樹脂構(gòu)成，提供結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；功能部分（閥）由軟質(zhì)光敏樹脂構(gòu)成，提供操控流體的閥操作。如此復(fù)雜的集成系統(tǒng)可以由多材料3D打印技術(shù)一次制備完成，避免了傳統(tǒng)微流控系統(tǒng)的復(fù)雜制備過程。

微流控集成系統(tǒng)元件

文章展示了一系列可以通過多材料3D打印技術(shù)直接制作的微流體元件，例如A,B圖所示的微流體泵，可以直接由直流電機(jī)驅(qū)動；C,D圖所示雙膜閥，克服了在閥操作過程中存在的“溢流”問題；E,F圖所示篩分系統(tǒng)，可以通過壓力膜的調(diào)節(jié)，進(jìn)行主動篩分和被動篩分。

微流控集成系統(tǒng)工作流程

整套系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高度自動化，通過二維碼進(jìn)行任務(wù)輸入并自動解析和執(zhí)行任務(wù)。文章展示了指定數(shù)目的不同組分液滴依次產(chǎn)生并存儲在指定的微流控芯片中。存儲液滴的芯片可以方便取出并進(jìn)行后續(xù)的檢測工作。

微流控集成系統(tǒng)應(yīng)用