快速制造方法使模块化微流体技术栩栩如生

布里斯托大学的研究人员将低成本 3D 打印与软光刻相结合，以简化复杂微流体设备的生产。该技术代表了向普遍可用的芯片实验室诊断技术迈出的重要一步，特别是在医疗资源稀缺的环境中。

该技术的成功在于其用户友好性。在PLoS ONE中，研究人员在描述他们的工作流程时考虑了非专家用户。例如，低成本硬件和开源软件可确保制造过程适用于研究和教学环境。此外，微流体通道的模块化设计意味着临床医生和教育工作者可以简单地点击并连接多个通道，以创建无数的微流体系统。

“我们希望这种 [技术] 将使微流体和芯片实验室技术大众化，有助于推动即时诊断的发展，并激励该领域的下一代研究人员和临床医生，”研究作者罗伯特·休斯说。简单，没有高价标签。

芯片实验室设备能够实时检测结核病和疟疾等传染病。然而，优化微流体系统需要先进（且昂贵）的制造工艺。这限制了它们在低收入和中等收入国家的应用，在这些国家，对传染性疾病的快速诊断将产生最大的影响。

布里斯托尔的团队旨在降低微流体研究的准入门槛——这意味着最大限度地减少新设备原型设计所花费的时间和金钱。他们的技术使用简单的家用设备和市售的材料挤出打印机来制作低成本的微流体母模。然后使用这些模具在称为软光刻的过程中生产由聚二甲基硅氧烷 (PDMS)（一种低成本弹性聚合物）制成的微流体芯片。当嵌入到 PDMS 中时，master 会留下印记，并形成微通道。

通道窄至 100 µm（约人发的宽度）。用户可以从五种微通道设计（模块）中进行选择，每一种都配备了球窝连接器。就像拼图一样，模块通过各自的连接器点击在一起以创建脚手架。然后将组装好的支架热粘合到玻璃基板上以形成模具。

整个制造过程非常适合资源匮乏的环境。用户可以使用研究人员提供的开源 CAD 插件打印自己的支架，也可以通过 3D 打印设备请求混合搭配的微通道库。此外，热粘合步骤产生明确定义的通道，允许重复使用母版，预计这将减少通道污染的可能性。

3D打印微流体的未来？

为了评估他们技术的可靠性，研究人员评估了所有五种微通道设计的标准打印质量。他们分别使用 0.1 和 0.4 毫米喷嘴打印了 100 和 350 微米的通道。大约三分之二用 0.1 毫米喷嘴打印的通道被认为是可用的。同时，0.4 毫米喷嘴的成功率更高（96%）。尽管如此，每次打印挤出的材料量更大意味着 350 µm 通道的制造成本更高——尽管成功率更高。打印一个 5000 件的功能性 100 µm 支架库只需 0.50 美元。

虽然其他 3D 打印技术可以实现更高的分辨率，但研究人员指出，成本效益、可靠性和简单性的总体平衡是材料挤出打印与包装区别开来的原因。

“这项技术非常简单、快速和便宜，设备可以只使用日常家用或教育设备制造，”研究作者哈里·费尔顿说。用户可以仅使用热源从母模生产 PDMS 设备。此外，所得设备的光滑表面可以直接应用于任何干净的玻璃表面，例如手机屏幕，而无需昂贵的等离子体激活。该团队现在正在寻求在实验室和课堂上推广该技术及其在芯片实验室诊断方面的潜力。