用于微流控芯片的功能性3D打印概述

近来，研究人员发表了“ 用于微流控芯片的功能性3D打印概述 ”。3D打印微流控芯片技术可以大幅度降低生化应用实验的规模，让传统实验室走向便携化发展模式，在微流控领域传感器、控制器、阀门、泵、流体流动等器件制作中具有非常重要的应用。

科学家预测，3D打印微流控技术将成为能够适应人类社会需求的“新一代”智能设备的先驱。“微流控”的表面意思就是“微观的流体控制”，通常应用于个性化的实验应用或者POCT。随着3D打印技术成为主流，已经被用于微流控芯片的制作，并带来很多重要的好处：

• 无与伦比的生产速度

• 不需要用户有较强的理论基础

• 不需要大量的外部设备

• 适用于独立功能的设计

研究人员指出，3D打印微流控技术正在逐步替代传统技术，目前主要用于阀门和传感器等功能性器件。例如用于提供有关组织强度数据的应变传感器，允许医生评估心脏组织对药物的反应。目前常用的典型技术有：

• 立体光刻（SLA）

• FDM 3D打印

• 光聚合物喷射

【3D打印气动控制阀】

（a）处于打开或者关闭状态的阀门的示意图和显微照片；（b）膜阀的CAD设计；（c）处于打开或者关闭状态的工作示意图，冲洗通道允许控制室在打印后排出；（d）小型化设计图。（版权所有：英国化学学会）

【3D打印蠕动泵】

（a）蠕动泵的照片；（b）蠕动泵的CAD设计；（c）蠕动泵的印刷照片；（d）多路复用器的CAD设计；（e）多路复用器的印刷照片。（版权所有：英国化学学会）

采用3D打印设计的蠕动泵，可提供类似的流量，但无需使用像蠕动泵那么多的硬件，并且使得流体的控制更为简单。上图就是3D打印蠕动泵设计原理，主要基于3D打印的气动控制阀，通过在流体通道顶部组合三个阀门并连续启动阀门，蠕动泵的工作原理得以重建。

研究人员Z近创造的一种令人印象深刻的心脏芯片，展示如何来测量心脏组织的强度。该芯片通过直接墨水书写制造，需要六种不同的墨水。同样令人感兴趣的是通过嵌入式3D打印e-3DP创建的新型应变传感器，具有电阻墨水，由硅油中的碳颗粒组成，然后挤出在硅氧烷弹性体中。此外，还创造了其他传感器，例如用于软应变、力和触觉测量的传感器。

研究人员进一步总结道：“通过集成传感和在线数据读取，外部硬件控制器可以对特定刺激进行极ng确反应，有效控制内置元件。从实验室到芯片的监管要素的“外包”是微流控芯片自动化的关键一步。此外，它使该技术更容易被其他实验室使用并降低设备成本。“

3D打印技术在微流体领域的当前和未来影响是不可估量的。通过继承3D打印的固有特征，微流体设备开发已经变得无限，涉及诸如体系结构、尺寸和所生产的设备数量等因素。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。