微流控(Microfluidics)，是一種精確控制和操控微尺度流體，又稱其為芯片實(shí)驗(yàn)室(Lab-on-a-Chip)或微流控芯片技術(shù)，是把生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)分析過(guò)程的樣品制備、反應(yīng)、分離、檢測(cè)等基本操作單元集成到一塊微米尺度的芯片上，自動(dòng)完成分析全過(guò)程。由于在生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的巨大潛力，已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)、流體、電子、材料、機(jī)械等學(xué)科交叉的嶄新研究領(lǐng)域。由于微米級(jí)的結(jié)構(gòu)，流體在微流控芯片中顯示和產(chǎn)生了與宏觀尺度不同的特殊性能，因此發(fā)展出*的分析產(chǎn)生的性能。同時(shí)還有著體積輕巧、使用樣品及試劑量少、能耗低，且反應(yīng)速度快、可大量平行處理及可即用即棄等優(yōu)點(diǎn)。

     目前最普.遍的微流控加工方式是基于SU-8光刻和PDMS翻模鍵合，首先采用SU-8光刻膠和常規(guī)光刻技術(shù)在硅基基底表面加工出具有微米精度、高深寬比的模具，然后將PDMS前體及其交聯(lián)劑混合溶液澆注在此模具表面。經(jīng)過(guò)升溫固化處理、模具分離，制備出結(jié)構(gòu)互補(bǔ)的彈性PDMS微流控結(jié)構(gòu)芯片。該P(yáng)DMS微流控結(jié)構(gòu)芯片與玻璃基片經(jīng)過(guò)一步可逆鍵合步驟，最終形成封裝的微流控芯片。

     PDMS的優(yōu)點(diǎn)有：透光度高、熒光低；惰性好、生物兼容；易加工、成本低；防水透氣、疏水；但是也有其缺點(diǎn)：

     (1)PDMS是熱彈性聚合物材料，該類材料不適合于工業(yè)級(jí)注塑、封裝工藝。手工加工的PDMS微流控芯片可靠性差；

     (2)PDMS微流控芯片批量加工成本高昂。

隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，采用3D打印制造微流控芯片越來(lái)越可行與方便。采用3D打印技術(shù)，可以顯著簡(jiǎn)化微流控芯片的加工過(guò)程，在打印材料的選擇上也非常靈活。3D打印微流控芯片有5個(gè)趨勢(shì)，其一、從二維面芯片過(guò)渡到三維體芯片；其二、直接打印凝膠材質(zhì)的微流控芯片；其三、針對(duì)微流控需要的3D打印工藝將會(huì)開(kāi)發(fā)得到更多的重視；其四、基于打印工藝直接集成傳感器及制動(dòng)器到微流控芯片中；其五、基于3D打印的微流控芯片模塊化組裝，構(gòu)成便攜式POC系統(tǒng)。

之前由于一些3D打印技術(shù)存在精度不夠高，大部分在50~100μm精度，打印出來(lái)的通道不夠小，打印通道的橫截面粗糙，微通道透明度低等缺點(diǎn)，不適合用于微流體實(shí)驗(yàn)。制造體積更小、使用試劑量更少的微流控芯片的關(guān)鍵是需要一種具有非常高的打印分辨率的高精度3D打印機(jī)。

深圳摩方以其專有的ProjectionMicro-Stereolithography（PμSL）工藝，是可以提供2 μm超高精度光固化3D打印技術(shù)解決方案的科技型企業(yè)，同時(shí)也開(kāi)發(fā)了10μm和25μm高精度精度3D打印系統(tǒng)，支持打印高精度樹(shù)脂、高強(qiáng)度樹(shù)脂、耐高溫樹(shù)脂、柔性樹(shù)脂、水凝膠、透明樹(shù)脂、生物醫(yī)療樹(shù)脂、韌性樹(shù)脂和復(fù)合材料樹(shù)脂。

PμSL超高精度3D打印微通道極限加工能力測(cè)試

PμSL超高精度3D打印微流控應(yīng)用案例：巖心微流體

阿聯(lián)酋Khalifa University的T.J. Zhang教授和Hongxia Li博士，在知.名期刊《Soft Matter》發(fā)表了一篇高質(zhì)量文章“Imaging andCharacterizing Fluid Invasion in Micro-3D Printed PorousDevices with VariableSurface Wettability" 。研究人員在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中使用微納 3D打印設(shè)備，該設(shè)備具有2μm分辨率，50mm*50mm的加工幅面，加工微流控器件。這臺(tái)設(shè)備來(lái)自深圳摩方材料公司，型號(hào)為nanoArch S130。基于微納3D打印的微流控器件，結(jié)合多相流成像技術(shù)，研究微尺度多孔介質(zhì)中的多相流動(dòng)。

     多孔微流控器件制造的工作流程如圖（a）所示，第一步是對(duì)薄片圖像或微CT掃描圖像進(jìn)行處理（紅色部分），然后從處理后的圖像中，選擇一個(gè)區(qū)域并將其嵌入微模型設(shè)計(jì)中（藍(lán)色部分），構(gòu)建三維立體模型。第二步是使用切片軟件將三維模型切成一系列圖片，最后是通過(guò)2μm精度的微立體光固化3D打印機(jī)打印出微流控器件；（b）同一巖石模型在2μm和10μm兩種不同打印精度下打印出的表面形貌；（c）打印的巖石模型（打印精度2μm）與微CT掃描圖像（掃描精度8μm）的對(duì)比；

     多孔介質(zhì)中的流體滲透廣泛存在于許多應(yīng)用中，例如油氣開(kāi)采、二氧化碳封存，水處理等。流體滲透的動(dòng)態(tài)過(guò)程會(huì)受到液體表面張力，多孔介質(zhì)的表面潤(rùn)濕性，空隙拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及其他參數(shù)的影響。在這項(xiàng)工作中，研究人員使用2μm精度的微立體光固化3D打印機(jī)打印出具有相似復(fù)雜孔喉特征的微模型。該模型的內(nèi)部空隙結(jié)構(gòu)來(lái)自于天然多孔介質(zhì)（例如巖石）的薄片圖像或微CT掃描圖像。將不同的流體注入表面改性后的微模型中，我們可以借助于模型的高透明性直接在光學(xué)顯微鏡下觀察和研究了在各種表面潤(rùn)濕性條件下的動(dòng)態(tài)流體滲透行為。此外，我們還結(jié)合光學(xué)成像和數(shù)值模擬，系統(tǒng)地分析了殘留液體分布，并揭示了四種不同類型的殘留機(jī)制。

     這項(xiàng)工作提供了一種新穎的方法，通過(guò)結(jié)合微尺度3D打印和多相流成像技術(shù)來(lái)研究多孔介質(zhì)中的微尺度下的多相流動(dòng)。

     PμSL超高精度3D打印微流控應(yīng)用案例：微型尖銳結(jié)構(gòu)在聲場(chǎng)激勵(lì)下實(shí)現(xiàn)聲流體芯片上非接觸、損傷細(xì)胞搬運(yùn)及三維旋轉(zhuǎn)操作

     北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院的馮林教授課題組學(xué)生宋斌博士在國(guó)際期刊《Biomicrofluidics》發(fā)表了一篇高質(zhì)量文章“On-chiprotational manipulation of microbeads and oocytes using acoustic microstreaminggenerated by oscillating asymmetrical microstructures"。研究人員在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中使用了深圳摩方材料科技有限公司微尺度3D打印設(shè)備S140，該設(shè)備具有10um精度的分辨率，94*52*45mm大小的三維加工尺寸。基于該設(shè)備加工了尖銳側(cè)邊和尖銳底面微結(jié)構(gòu)，通過(guò)PDMS二次倒模并與玻璃基底鍵合形成聲流體芯片。該聲流體芯片通過(guò)聲波激勵(lì)壓電換能器振動(dòng)，從而帶動(dòng)芯片內(nèi)微結(jié)構(gòu)振動(dòng)在其周圍產(chǎn)生局部微聲流，最終實(shí)現(xiàn)卵細(xì)胞的三維旋轉(zhuǎn)。該研究在細(xì)胞三維觀測(cè)、細(xì)胞分析及細(xì)胞微手術(shù)方面有重大研究意義。

     聲流體芯片制備工藝如上圖所示，先通過(guò)深圳摩方（BMF）10μm精度的微立體光固化3D打印機(jī)S140打印出微米級(jí)別的尖銳側(cè)邊和尖銳底面微結(jié)構(gòu)(最小尖.端20°)，再倒模出純PDMS模具，然后經(jīng)表面處理之后二次倒模獲得的PDMS尖銳側(cè)邊和尖銳底面微結(jié)構(gòu)。最后把PDMS二次倒模的結(jié)構(gòu)與玻璃基底鍵合形成聲流體芯片。

     本研究聲流體芯片的實(shí)驗(yàn)操作系統(tǒng)如上圖a所示，主要觀測(cè)系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)兩部分組成。上圖b展示了聲流體芯片的概念圖，由受正弦信號(hào)激勵(lì)的壓電換能器振動(dòng)，帶動(dòng)尖銳側(cè)邊和尖銳底面微結(jié)構(gòu)振動(dòng)，從而在相應(yīng)的微結(jié)構(gòu)周圍產(chǎn)生微漩渦（如上圖c所示）。在由微漩渦產(chǎn)生的扭矩作用下，最終實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞的三維旋轉(zhuǎn)。對(duì)應(yīng)的微流道及微結(jié)構(gòu)尺寸如上圖d-f所示。

     細(xì)胞三維旋轉(zhuǎn)作為一項(xiàng)基本的細(xì)胞微手術(shù)技術(shù)，在單細(xì)胞分析等領(lǐng)域有著重大科學(xué)意義和工程意義。本文提出了一種基于聲波驅(qū)動(dòng)微結(jié)構(gòu)振動(dòng)誘產(chǎn)生微聲流以實(shí)現(xiàn)細(xì)胞搬運(yùn)及三維旋轉(zhuǎn)的簡(jiǎn)單有效的方法。細(xì)胞旋轉(zhuǎn)的方向和轉(zhuǎn)速均可以通過(guò)施加不同頻率和電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。本研究以單細(xì)胞為操作對(duì)象，以微流控芯片為手段，以高通量全自動(dòng)化多功能微操作為目標(biāo)，為促進(jìn)我國(guó)在微操作技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展以及生物醫(yī)學(xué)工程交叉學(xué)科的革新，進(jìn)一步為加強(qiáng)我國(guó)微納制造水平提供系統(tǒng)性方法。

     深圳摩方PμSL技術(shù)在超高精度、高效率加工方面有突出的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)這一3D打印技術(shù)已被工業(yè)界和學(xué)術(shù)界廣泛應(yīng)用于復(fù)雜三維微流控芯片和微通道器件加工，在多個(gè)知.名刊物發(fā)表成果。