浅析3D打印在微流控器件系统集成中的应用

微流控器件的复杂制备过程一直困扰着微流控技术的商业化进程。

近日，科学家利用多材料3D打印技术，开发了一套微流控集成处理系统，该系统可以根据预设的二维码指令，自动实现液体处理的各种基本功能，包括液滴的定量产生和存储、液体混合、生物监测等。该工作刊登在最新一期的英国皇家化学协会Lab on a Chip上，并以封底文章形式进行报道。

微流控集成系统实物图

该集成系统主要由主板和微流芯片两部分构成。主板直接由多材料3D打印机打印成型，主板上集成了三个微流体泵，多个微流体阀和一组筛分系统，提供液体的运输、供给、筛分等基本功能。主板周围提供接口，可以根据用户具体需求，连接多块微流体芯片，从而实现不同的功能，实现系统的高度定制化。主板结构部分由硬质光敏树脂构成，提供结构强度；功能部分（阀）由软质光敏树脂构成，提供操控流体的阀操作。如此复杂的集成系统可以由多材料3D打印技术一次制备完成，避免了传统微流控系统的复杂制备过程。

微流控集成系统元件

文章展示了一系列可以通过多材料3D打印技术直接制作的微流体元件，例如A,B图所示的微流体泵，可以直接由直流电机驱动；C,D图所示双膜阀，克服了在阀操作过程中存在的“溢流”问题；E,F图所示筛分系统，可以通过压力膜的调节，进行主动筛分和被动筛分。

微流控集成系统工作流程

整套系统实现了高度自动化，通过二维码进行任务输入并自动解析和执行任务。文章展示了指定数目的不同组分液滴依次产生并存储在指定的微流控芯片中。存储液滴的芯片可以方便取出并进行后续的检测工作。

微流控集成系统应用