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快速制造基于3D打印的微流控芯片模塊

微流控芯片作為集成化學(xué)、生物領(lǐng)域中的樣片制備,檢測分析及細(xì)胞培養(yǎng)等功能的平臺,在當(dāng)今的醫(yī)學(xué)研究中具有廣闊的發(fā)展前景。而目前基于傳統(tǒng)技術(shù)的3D微流控芯片加工面臨加工周期長,制造成本高,芯片功能結(jié)構(gòu)單一的問題,如果能夠在短時間內(nèi)基于實(shí)驗(yàn)方案個體化定制3D微流控芯片,將會為生物醫(yī)學(xué)研究,尤其是體外微環(huán)境構(gòu)建研究提供高效工具。

快速制造基于3D打印的微流控芯片模塊

浙江大學(xué)浙江省三維打印工藝與裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室賀永、傅建中教授團(tuán)隊(duì)經(jīng)過兩年多的研究探索,提出了一種基于模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的3D微流控芯片定制工藝,該工藝能實(shí)現(xiàn)基于芯片功能設(shè)計(jì)的微流控芯片快速制造。本工藝結(jié)合生物制造技術(shù),可以快速制造器官芯片,為后續(xù)芯片上不同器官的集成模擬提供了一種可行方案。本研究受到國家基金聯(lián)合基金-浙江省兩化融合重點(diǎn)項(xiàng)目、國家優(yōu)秀青年基金、浙江省杰出青年基金項(xiàng)目資助。

3D微流控芯片的制造方法一直是微加工領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),常見的方法包括:傳統(tǒng)技術(shù)加工2D結(jié)構(gòu)層疊得到3D芯片,3D打印技術(shù)直接制造3D微流控芯片和預(yù)先制造芯片模組組裝3D芯片。雖然這些方法制造得到的3D微流控芯片在一定程度上可以滿足實(shí)驗(yàn)需求,但是它們無法兼顧醫(yī)學(xué)研究中對芯片材料生物兼容性和芯片制造快速簡便的要求,故對于不同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)要求,這些方法制造的3D芯片結(jié)構(gòu)和功能需要不斷優(yōu)化及改進(jìn),影響芯片內(nèi)細(xì)胞、組織的培養(yǎng)和檢測,進(jìn)而延長實(shí)驗(yàn)周期。

課題組提出了一種全新的3D微流控芯片制造方法,其特點(diǎn)是根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求快速組裝芯片模塊,在保證生物兼容性的前提下實(shí)現(xiàn)3D微流控芯片的快速重構(gòu)。通過課題組前期自行研發(fā)的糖打印機(jī),利用糖擠出噴頭制造流道圖案,澆注PDMS固化后翻模得到PDMS基的芯片模組。根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求設(shè)計(jì),將不同功能的PDMS芯片模組及柔性電路、生物支架等附屬部件整合,利用快速可逆封裝的技術(shù)構(gòu)建完整功能的3D微流控芯片。不同功能的芯片設(shè)計(jì)只需依據(jù)設(shè)計(jì)更換不同功能的模組即可。通過大量的工藝實(shí)驗(yàn),系統(tǒng)解決了PDMS模組的成型問題;通過芯片重構(gòu)實(shí)驗(yàn)演示了基于功能設(shè)計(jì)的芯片快速定制;并通過后續(xù)的細(xì)胞培養(yǎng)、細(xì)胞氧化應(yīng)激損傷及器官芯片快速構(gòu)建展示了該方法在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的可能性。

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標(biāo)簽:   3D打印技術(shù) 3D微流控芯片
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