3D打印微流控芯片技术研究进展-分析化学.PDF

第44卷 分析化学 (FENXI HUAXUE)摇 评述与进展 第4期 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 2016年4月 ChineseJournal of Analytical Chemistry 551~561 DOI:10.11895/j.issn.0253鄄3820.160119 3D打印微流控芯片技术研究进展 * 范一强 摇 王玫摇 张亚军 (北京化工大学机电工程学院,北京 100029) 摘摇 要摇 近年来,微流控技术在生命科学和医学诊断等领域得到广泛的应用,显示出了其在检测速度、精度以 及试剂损耗等方面相比传统方法的显著优势。 然而,使用从半导体加工技术继承而来的微加工技术制作微流 控芯片具有比较高的资金和技术门槛,在一定程度上阻碍了微流控技术的推广和应用。 近年来随着3D打印 技术的兴起,越来越多的研究者尝试使用3D打印技术加工微流控芯片。 相比于传统的微加工技术,3D打印 微流控芯片技术显示出了其设计加工快速、材料适应性广、成本低廉等优势。 本文针对近年来国内外在3D 打印微流控芯片领域的最新进展进行了综述,着重介绍了采用微立体光刻、熔融沉积成型以及喷墨打印等3D 打印技术加工制作微流控芯片的方法,以及这些微流控芯片在分析化学、生命科学、医学诊断等领域的应用, 并对3D打印微流控芯片技术未来的发展进行了展望。 关键词摇 微流控;3D打印;细胞生物学;评述 1摇 引摇 言 微流控(Microfluidics)一词出现在20 世纪90 年代初,指的是在微米尺度上操作和控制流体的技 [1] 术 。 经过二十多年的发展,微流控技术从最初的单一功能的流体控制器件发展到了现在的多功能集 [2,3] [4,5] [6,7] [8,9] 成、应用非常广泛的微流控芯片技术,在分析化学 、医学诊断 、细胞筛选 、基因分析 、药物 输运[10,11]等领域得到了广泛应用。 相比于传统方法,微流控技术具有体积小、检测速度快、试剂用量 小、成本低、多功能集成、通量高等特点。 目前,用于制作微流控芯片的微加工技术大多继承自半导体工业,其加工过程工序繁多,且依赖于 [12] 价格高昂的先进设备。 在微流控芯片的制作中常用的加工方法包括:硅/ 聚合物表面微加工 (Surface [13] [14] [15] Micromachining)、软印 (Soft鄄lithography)、压印 (Embossing)、注射成型 (Injection modelling)、激 [16] 光烧蚀 (Laser ablation)等。 这些加工过程都需要在超净间内完成,工序复杂,需占用大量空间,且需 [17] 要富有经验的设计和加工人员 。 近年来,随着3D打印技术的兴起,越来越多的研究者尝试采用3D打印技术直接打印制作微流控 芯片,或者打印出可以使用PDMS倒模的微流控芯片的模具。 采用3D打印技术,可以显著简化微流控 芯片的加工过程,在打印材料的选择上也非常灵活,除了各种聚合物材料外,还可以直接打印生物材 料[18,19]。 一般情况下,微流控芯片的3D打印过程只需在设计完成后直接打印微流控芯片即可,相比于 其它微加工技术,极大地降低了微流控芯片的技术门槛和加工成本,对微流控芯片技术的推广应用有着 非常积极的意义。 近年来,3D打印微