普渡大學創(chuàng)新3D打印技術，制造出深度小至10微米的多層微流體裝置

2025年3月7日，南極熊獲悉，來自普渡大學理工學院工程的技術助理教授毛華超及其團隊利用大桶光聚合(VPP) 3D 打印技術發(fā)明了一種制造經濟型多層微流控裝置的創(chuàng)新方法，這些裝置深度只有 10 微米，寬度只有 100 微米。

這項正在申請專利的創(chuàng)新技術無需高端設備或潔凈室環(huán)境，即可快速、經濟地制造微流體設備，對生物醫(yī)學、環(huán)境檢測、地質學、制造業(yè)和其他領域的研究人員大有裨益。

在紫外光下，使用 Huachao Mao 的 3D 打印創(chuàng)新技術在普渡大學增材和智能制造實驗室打印的微流體裝置的特寫圖。（普渡大學照片/約翰·奧馬利）

毛教授表示，大桶光聚合（VPP）技術極大改進了傳統(tǒng)的制造方法和 3D 打印技術。他說：“VPP 可以直接制造高透明度的微流體，分辨率更高，通道寬度可達到 100 微米。VPP 中一種新興的方法是使用液晶顯示器 (LCD) 技術，該技術利用紫外線來促進光聚合物固化過程。”

毛教授向普渡大學技術商業(yè)化創(chuàng)新辦公室披露了這項創(chuàng)新成果，該辦公室已申請專利以保護該知識產權。有意開發(fā)或商業(yè)化該成果的行業(yè)合作伙伴請聯(lián)系物理科學 OTC 業(yè)務開發(fā)和許可經理 Parag Vasekar，郵箱地址為psvasekar@prf.org，跟蹤代碼為69871。有關該項創(chuàng)新的研究已在ASME 國際機械工程大會和博覽會上分享。

△普渡大學增材和智能制造實驗室使用 Huachao Mao 的 3D 打印創(chuàng)新技術打印出一件小型復雜物品。（普渡大學照片/約翰·奧馬利）

微流體裝置和傳統(tǒng)制造

微流體設備是一種診斷系統(tǒng)，可快速準確地分析少量材料。應用包括癌細胞分析、藥物篩選、環(huán)境測試、地質學、制造、單細胞分離和即時診斷。

通過在微升或納升尺度上精確控制流體流動和反應條件，這些設備加速了生物醫(yī)學研究，提高了診斷測試的準確性和速度，并為各個領域提供了便攜式測試解決方案。

毛說：“制造微流體設備的傳統(tǒng)方法成本高昂且耗時，制造過程需要幾個步驟，需要高端設備和潔凈室環(huán)境。”

3D 打印通過逐層添加來構建物體，比制造微流體設備的傳統(tǒng)工藝更快、更簡單。熔融長絲制造（FFF）是一種流行的 3D 打印方法，但實現(xiàn)寬度小于 500 微米的光滑狹窄通道仍然是一個挑戰(zhàn)。

△普渡大學工程技術學院博士后研究助理單玉潔和工程技術助理教授毛華超準備使用 3D 打印機打印微流體裝置樣品。（普渡大學照片/約翰·奧馬利）

普渡大學的制造創(chuàng)新

毛教授表示：“微流控技術的一個關鍵應用是單細胞分析，這需要通道寬度與細胞大小相當。我們成功打印出一種微流控通道，當癌細胞流過時，它可以形成一條癌細胞線。這清楚地表明了我們的技術在細胞分析方面的潛力?！?/div>

除了通過形成單株癌細胞來驗證創(chuàng)新技術外，毛教授及其團隊還制作了復雜的微流體通道網絡，以模擬毛細管中的連接。此外，他們還擴展了 3D 打印曲面微流體裝置的方法。

毛教授說：“我們下一步的發(fā)展目標是將 3D 打印微流體設備與傳統(tǒng)的 2D 微流體設備結合起來，這樣可以結合 3D 打印和 2D 納米制造的優(yōu)勢。”

△普渡大學增材和智能制造實驗室使用 Huachao Mao 的 3D 打印創(chuàng)新技術打印出一個小型、復雜的光學鏡頭。照片來源：普渡大學/John O'Malley。