首個3D列印的微流控「晶元實驗室」誕生！

導讀

最近，美國楊百翰大學的研究人員開發出首個3D列印的微流控裝置，尺寸可達到100微米以下。

關鍵字

晶元實驗室、3D列印、量產

背景

微流控裝置，通常被稱為微流控晶元，也可稱為晶元實驗室（Lab on a Chip）。它利用設備內的微管道，從血液等樣本中篩選出疾病標記物、細胞和其他小型結構。

如果大家之前有關注筆者的文章，相信一定不會感到陌生。微流控裝置具有樣品消耗少、檢測速度快、便於操作、功能多樣、體積小和便於攜帶等優點。同時，微流控技術也是一門涉及化學、流體物理、微電子、新材料、生物學和生物醫學工程的新興交叉學科。這種多學科交叉的前沿創新技術，也一直是筆者重點關注的方向。

創新

然而，這種微流控晶元要從實驗室走向大規模的市場商用，那麼量產製造技術顯得尤為關鍵。今天，我們就要介紹一下有關這方面的創新成果。

（圖片來源：楊百翰大學）

最近，美國楊百翰大學的研究人員開發出首個3D列印的微流控裝置。它的尺寸很小，可達到100微米以下。

這個重大技術突破，讓科研人員朝著低成本量產醫療診斷設備的目標，又邁進了一大步。相關論文發表於學術期刊《晶元實驗室》。

BYU 電氣工程系教授、研究員 Greg Nordin 和 BYU 化學工程系教授 Adam Woolley 稱這項創新的關鍵在於兩方面：

設計出他們自己的3D印表機，以更高的解析度列印。

使用新型、特別設計的、低成本的定製樹脂。

技術

這種晶元實驗室的流體管道橫截面小到只有18微米 x 20微米。之前，在3D列印微流控裝置方面的一些嘗試，都無法達到小於100微米。

這種3D印表機使用385納米的LED，相比於那些使用405納米的LED的3D印表機，可以大大增加用於樹脂配方的紫外線吸收器的選擇。

（圖片來源：楊百翰大學）

Nordin 稱，通過3D列印技術製造微流控裝置的優點非常明顯。他們的方案：數字光處理光固化立體造型術（DLP-SLA），是一種特別有前途的低成本方案。DLP-SLA 使用的微鏡陣列晶元，在大多數的投影儀設備中都有使用，在對設備進行逐層印刷的過程中，可以動態地創造出每一層的光學圖案。

價值

（圖片來源：楊百翰大學）

Nordin 說：

「其他人也設計出了3D列印的流體管道，但是他們還不能讓這些管道小到可用於微流控裝置。所以，我們決定設計自己的3D印表機並且研究出一種樹脂以達到這個目標。」

研究人員稱，他們的研究為利用3D列印技術挑戰現有的微流體原型設計和開發所用的技術（軟光刻技術和熱壓印技術）奠定了基礎。Nordin 表示：

「我們審慎地嘗試啟動微流控裝置的製造革命。」

Woolley 在微流控方面的研究興趣集中於監測與早產相關的生物標記物。為了這個目的，他和Nordin剛剛向美國國立衛生研究院提交了一個提案，將論文中的方法進行開發並用於早產預測。

這項技術不僅節省了時間，而且減少了麻煩。BYU 授權的方案能在30分鐘的時間內創造出一個裝置，而且無需使用潔凈室（一種沒有灰塵和其他污染物的特殊實驗室）。Woolley 表示：

「這不僅僅是一小步，它代表了一次重大飛躍，從過去的3D列印技術無法達到的尺寸到現在的尺寸。它為更加簡便且低成本地製造微流控裝置，打開了許多扇門。」

參考資料

【1】http://news.byu.edu/news/professors-3d-print-first-truly-microfluidic-lab-chip-device

【2】Hua Gong, Bryce P. Bickham, Adam T. Woolley, Gregory P. Nordin.Custom 3D printer and resin for 18 μm × 20 μm microfluidic flow channels. Lab Chip, 2017; DOI: 10.1039/C7LC00644F

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