3D打印生物醫(yī)學(xué)傳感器的方法綜述

來源：3D打印商情

雖然傳感器的制造持續(xù)發(fā)展，但障礙依然存在，并且在許多方面阻礙了傳感器制造在許多應(yīng)用中實現(xiàn)其真正潛力，隨著3D打印的出現(xiàn)，傳感器可以設(shè)計成更加簡化和經(jīng)濟實惠的流程，減少生產(chǎn)步驟，減少人工所需的工時，從而創(chuàng)建可以數(shù)字化生成的精確原型。3D打印傳感器通常更強大、更耐用，并且已經(jīng)顯示出監(jiān)測血壓和心率、呼吸、溫度、大腦活動等的前景。

（A）熔融沉積建模（B）立體光刻（C）多噴射工藝（D）選擇性激光燒結(jié)（E）3D噴墨打�。‵）數(shù)字光處理。

目前，已成功使用以下流程制作傳感器：
1、熔融沉積建模（FDM）；
2、立體光刻（SLA）；
3、Polyjet（聚噴）工藝；
4、選擇性激光燒結(jié)（SLS）；
5、3D噴墨打��；
6、DLP。
“在這六種類型中，最常見的類型是FDM，它主要用于開發(fā)用于電化學(xué)傳感目的的原型，”研究人員表示，“其他像FDM，SLA和噴墨打印也被考慮用于形成原型，因為它們可以用較低的分辨率開發(fā)。Polyjet和SLS工藝主要用于形成用于細(xì)胞培養(yǎng)應(yīng)用的傳感器。”

（a）通過慣性聚焦分離捕獲的細(xì)菌的示意圖。（b）具有梯形截面的溝道中渦的表示。（c）3D打印的微流體裝置照片。

在polyjet 3D打印中，固化或硬化工藝會產(chǎn)生零件——如同F(xiàn)DM 3D打印一樣，可以使用多個噴嘴�！坝捎诙鄠�噴頭用于打印，因此可以在單個結(jié)構(gòu)中構(gòu)建多色物體。該工藝的主要優(yōu)點之一是可以為原型實現(xiàn)16μm的高分辨率，精度小于0.1 mm�！�

使用polyjet 3D打印，已經(jīng)創(chuàng)建了基于細(xì)胞活力傳感器的流體設(shè)備，以及其他創(chuàng)新技術(shù)，例如防漏3D打印存儲設(shè)備。通過用于ATP和多巴胺傳感的聚噴3D打印，以及生理傳感器、電化學(xué)和生物相容性傳感器，已經(jīng)創(chuàng)建了其他傳感器。

SLS打印在AM工藝中使用金屬粉末：
使用激光束的局部能量需要一定的激光功率來熔化顆粒的外圍。未使用的粉末用作3D打印部件的支撐結(jié)構(gòu)。在掃描每層之后，降低結(jié)構(gòu)以鋪展新的粉末層，其可以根據(jù)計算機輔助設(shè)計（CAD）設(shè)計進行掃描。研究人員表示，不僅可以在SLS中使用金屬粉末顆粒，還可以使用陶瓷和聚合物或相互組合。

SLS 3D打印的好處是可以使用許多不同的材料——這樣粉末還可用于回收。作者解釋說，細(xì)胞密度傳感器已經(jīng)被創(chuàng)造出來，它們可以擴展到操縱細(xì)胞的“干擾”，分配化學(xué)物質(zhì)和控制酶的檢測。

連續(xù)重新校準(zhǔn)3D打印的控制單元自適應(yīng)P控制器。（A）3D打印的燒瓶，用定義的算法控制溶液的pH值。（B）3D打印燒瓶的內(nèi)部。（C）散射光的振幅、pH值和強度隨時間的變化。

3D噴墨打印有助于創(chuàng)建強大、復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。例如，研究人員已經(jīng)成功地創(chuàng)造了諸如3D打印仿生耳之類的物品。還有研究人員已經(jīng)創(chuàng)造了諸如致動器集成心臟結(jié)構(gòu)形狀3D彈性多功能生物膜的項目，用于感測空間和時間反應(yīng)。

（A）3D打印的仿生耳；（B）3D打印的仿生耳在其體外培養(yǎng)期間的圖像。（C）在打印過程中不同階段的軟骨細(xì)胞的活力。（D）在培養(yǎng)中打印的耳朵的重量隨時間推移的偏差，其中耳朵由軟骨細(xì)胞接種的藻酸鹽或僅分別以紅色和藍(lán)色顯示的藻酸鹽組成。（E）使用H＆E染色進行的軟骨細(xì)胞形態(tài)的組織學(xué)分析。（F）新軟骨組織在培養(yǎng)10周后，Safranin O被染色。（G）新軟骨組織的活力與線圈的天線和(H)橫截面的仿生耳朵顯示了內(nèi)軟骨組織與電極接觸的活力。

“每一種工藝在制造成本和時間、可以加工的材料類型和可以形成的原型方面都有各自的優(yōu)缺點�！毖芯咳藛T總結(jié)道�！拔覀円嗵岬侥壳暗囊恍┢款i，以及解決這些問題的補救方法。最后，還對目前和今后幾年開發(fā)傳感器和其他電子設(shè)備的不同類型3D打印技術(shù)的支出情況進行了市場調(diào)查。”

然而，3D打印在電子領(lǐng)域產(chǎn)生了重大影響，尤其是傳感器。多年來，我們一直創(chuàng)建各種傳感器，以改善各種應(yīng)用中的監(jiān)控和功能，從抵御3D打印網(wǎng)絡(luò)攻擊到制造光纖或趨向簡單但科學(xué)的問題，如測量植物的水?dāng)z入量。

（a）3D打印的智能手機適配器（b）3D打印的墨盒和滑蓋。（c）用于BL信號采集和分析的組裝的基于智能手機的設(shè)備。