普渡大學(xué)創(chuàng)新3D打印技術(shù)，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(xué)理工學(xué)院工程的技術(shù)助理教授毛華超及其團(tuán)隊(duì)利用大桶光聚合(VPP) 3D 打印技術(shù)發(fā)明了一種制造經(jīng)濟(jì)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(xiàng)正在申請(qǐng)專利的創(chuàng)新技術(shù)無需高端設(shè)備或潔凈室環(huán)境，即可快速、經(jīng)濟(jì)地制造微流體設(shè)備，對(duì)生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境檢測(cè)、地質(zhì)學(xué)、制造業(yè)和其他領(lǐng)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(shù)在普渡大學(xué)增材和智能制造實(shí)驗(yàn)室打印的微流體裝置的特寫圖。（普渡大學(xué)照片/約翰·奧馬利）

毛教授表示，大桶光聚合（VPP）技術(shù)極大改進(jìn)了傳統(tǒng)的制造方法和 3D 打印技術(shù)。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(dá)到 100 微米。VPP 中一種新興的方法是使用液晶顯示器 (LCD) 技術(shù)，該技術(shù)利用紫外線來促進(jìn)光聚合物固化過程�！�

毛教授向普渡大學(xué)技術(shù)商業(yè)化創(chuàng)新辦公室披露了這項(xiàng)創(chuàng)新成果，該辦公室已申請(qǐng)專利以保護(hù)該知識(shí)產(chǎn)權(quán)。有意開發(fā)或商業(yè)化該成果的行業(yè)合作伙伴請(qǐng)聯(lián)系物理科學(xué) OTC 業(yè)務(wù)開發(fā)和許可經(jīng)理 Parag Vasekar，郵箱地址為psvasekar@prf.org，跟蹤代碼為69871。有關(guān)該項(xiàng)創(chuàng)新的研究已在ASME 國(guó)際機(jī)械工程大會(huì)和博覽會(huì)上分享。

△普渡大學(xué)增材和智能制造實(shí)驗(yàn)室使用 Huachao Mao 的 3D 打印創(chuàng)新技術(shù)打印出一件小型復(fù)雜物品。（普渡大學(xué)照片/約翰·奧馬利）

微流體裝置和傳統(tǒng)制造

微流體設(shè)備是一種診斷系統(tǒng)，可快速準(zhǔn)確地分析少量材料。應(yīng)用包括癌細(xì)胞分析、藥物篩選、環(huán)境測(cè)試、地質(zhì)學(xué)、制造、單細(xì)胞分離和即時(shí)診斷。

通過在微升或納升尺度上精確控制流體流動(dòng)和反應(yīng)條件，這些設(shè)備加速了生物醫(yī)學(xué)研究，提高了診斷測(cè)試的準(zhǔn)確性和速度，并為各個(gè)領(lǐng)域提供了便攜式測(cè)試解決方案。

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

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

△普渡大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院博士后研究助理單玉潔和工程技術(shù)助理教授毛華超準(zhǔn)備使用 3D 打印機(jī)打印微流體裝置樣品。（普渡大學(xué)照片/約翰·奧馬利）

普渡大學(xué)的制造創(chuàng)新

毛教授表示：“微流控技術(shù)的一個(gè)關(guān)鍵應(yīng)用是單細(xì)胞分析，這需要通道寬度與細(xì)胞大小相當(dāng)。我們成功打印出一種微流控通道，當(dāng)癌細(xì)胞流過時(shí)，它可以形成一條癌細(xì)胞線。這清楚地表明了我們的技術(shù)在細(xì)胞分析方面的潛力�！�

除了通過形成單株癌細(xì)胞來驗(yàn)證創(chuàng)新技術(shù)外，毛教授及其團(tuán)隊(duì)還制作了復(fù)雜的微流體通道網(wǎng)絡(luò)，以模擬毛細(xì)管中的連接。此外，他們還擴(kuò)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(biāo)是將 3D 打印微流體設(shè)備與傳統(tǒng)的 2D 微流體設(shè)備結(jié)合起來，這樣可以結(jié)合 3D 打印和 2D 納米制造的優(yōu)勢(shì)�！�

△普渡大學(xué)增材和智能制造實(shí)驗(yàn)室使用 Huachao Mao 的 3D 打印創(chuàng)新技術(shù)打印出一個(gè)小型、復(fù)雜的光學(xué)鏡頭。照片來源：普渡大學(xué)/John O'Malley。