布里斯托大學(xué)的研究人員將低成本 3D 打印與軟光刻相結(jié)合，以簡化復(fù)雜微流體設(shè)備的生產(chǎn)。該技術(shù)代表了向普遍可用的芯片實驗室診斷技術(shù)邁出的重要一步，特別是在醫(yī)療資源稀缺的環(huán)境中。

該技術(shù)的成功在于其用戶友好性。在PLoS ONE中，研究人員在描述他們的工作流程時考慮了非專家用戶。例如，低成本硬件和開源軟件可確保制造過程適用于研究和教學(xué)環(huán)境。此外，微流體通道的模塊化設(shè)計意味著臨床醫(yī)生和教育工作者可以簡單地點擊并連接多個通道，以創(chuàng)建無數(shù)的微流體系統(tǒng)。

“我們希望這種 [技術(shù)] 將使微流體和芯片實驗室技術(shù)大眾化，有助于推動即時診斷的發(fā)展，并激勵該領(lǐng)域的下一代研究人員和臨床醫(yī)生，”研究作者羅伯特·休斯說。簡單，沒有高價標(biāo)簽。

芯片實驗室設(shè)備能夠?qū)崟r檢測結(jié)核病和瘧疾等傳染病。然而，優(yōu)化微流體系統(tǒng)需要先進（且昂貴）的制造工藝。這限制了它們在低收入和中等收入國家的應(yīng)用，在這些國家，對傳染性疾病的快速診斷將產(chǎn)生最大的影響。

布里斯托爾的團隊旨在降低微流體研究的準(zhǔn)入門檻——這意味著最大限度地減少新設(shè)備原型設(shè)計所花費的時間和金錢。他們的技術(shù)使用簡單的家用設(shè)備和市售的材料擠出打印機來制作低成本的微流體母模。然后使用這些模具在稱為軟光刻的過程中生產(chǎn)由聚二甲基硅氧烷 (PDMS)（一種低成本彈性聚合物）制成的微流體芯片。當(dāng)嵌入到 PDMS 中時，master 會留下印記，并形成微通道。

通道窄至 100 μm（約人發(fā)的寬度）。用戶可以從五種微通道設(shè)計（模塊）中進行選擇，每一種都配備了球窩連接器。就像拼圖一樣，模塊通過各自的連接器點擊在一起以創(chuàng)建腳手架。然后將組裝好的支架熱粘合到玻璃基板上以形成模具。

整個制造過程非常適合資源匱乏的環(huán)境。用戶可以使用研究人員提供的開源 CAD 插件打印自己的支架，也可以通過 3D 打印設(shè)備請求混合搭配的微通道庫。此外，熱粘合步驟產(chǎn)生明確定義的通道，允許重復(fù)使用母版，預(yù)計這將減少通道污染的可能性。

3D打印微流體的未來？

為了評估他們技術(shù)的可靠性，研究人員評估了所有五種微通道設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)打印質(zhì)量。他們分別使用 0.1 和 0.4 毫米噴嘴打印了 100 和 350 微米的通道。大約三分之二用 0.1 毫米噴嘴打印的通道被認為是可用的。同時，0.4 毫米噴嘴的成功率更高（96%）。盡管如此，每次打印擠出的材料量更大意味著 350 μm 通道的制造成本更高——盡管成功率更高。打印一個 5000 件的功能性 100 μm 支架庫只需 0.50 美元。

雖然其他 3D 打印技術(shù)可以實現(xiàn)更高的分辨率，但研究人員指出，成本效益、可靠性和簡單性的總體平衡是材料擠出打印與包裝區(qū)別開來的原因。

“這項技術(shù)非常簡單、快速和便宜，設(shè)備可以只使用日常家用或教育設(shè)備制造，”研究作者哈里·費爾頓說。用戶可以僅使用熱源從母模生產(chǎn) PDMS 設(shè)備。此外，所得設(shè)備的光滑表面可以直接應(yīng)用于任何干凈的玻璃表面，例如手機屏幕，而無需昂貴的等離子體激活。該團隊現(xiàn)在正在尋求在實驗室和課堂上推廣該技術(shù)及其在芯片實驗室診斷方面的潛力。