18 Окт 2017

Микро 3D печать в микрофлюидике

микро 3D печать

Научные работники Университета Бригама Янга, находящегося в Соединенных Штатах Америки предложили новую методику 3D-печати для формирования чипов микрофлюидного вида, которые оснащены сверхтонкими каналами. За счет помощи технологичной методики DLP и детальной подборке сырья для печати ученые смогли достичь максимально подходящего решения при разработке отводов разрезом 18×20 квадратных микрон — в десятки раз уменьшенного масштаба, чем получалось до этого времени. Разработка описана в специально направленном журнале по микрофлюидном изготовлении чипов Lab on and Chip.

Микрофлюидика — это отрасль, в пределах какой исследуют видоизменения жидкостей в самых тоненьких просветах. За счет своих маленьких параметров толщины микрофлюидные приспособления дают возможность осуществлять усложненные многофазные действия с жидкостными веществами и размещенными в них объектами (такими объектами могут являться: различные клеточки, пузырьки, частички, капли) с помощью чипов величиной в один-два миллиметра. Именно по этой причине микрофлюидные устройства получили название — «лаборатории на чипе».

Сравнительно с макроскопическими системами — принятыми «трубами» и по сравнению толстыми капиллярчиками, которые имеют всего лишь миллиметровые показатели— в микрофлюидике немного поведение жидкостных веществ изменяется. К примеру, одним из основных факторов является вязкость сопротивления и характеристики  поверхностной доли. Некоторую трудность создает производственный механизм тончайших проходов, причиной этому служит то, что любой чип оснащен множеством так называемых «дорожек» с «перекрестками», клапанами и участочками с наличием особенных форм и рельефными стеночками.

Для получения микрофлюидных чипов зачастую используют методы мягкой литографической печати, но в наше время очень большой популярности набрала также 3D печать. До настоящего момента ей не хватало точности и разрешения, чтобы быть конкурентоспособной с литографической печатью. Исследователи новейшей работы применили свое преобразование промышленного 3D принтера, и осуществили подборку специфического сырья для печати, в итоге чего сумели достичь изделия с рекордными показателями тонкости.

Сырьем для создания стенок в данной сфере принято брать ресурсы полимерного происхождения, которые возникают из жидкой смеси за счет фотополимеризации. Чтобы возник данный материал всякий отдельный слой, налаживающийся во время работы 3Д принтера, важно поддавать световому облучению с необходимо заданной волновой длиной. В течение указанных действий доли слоя, попадающие под световое воздействие, затвердеют и станут стенками. Участки, не попавшие под воздействие светового луча, впоследствии смываются, и в указанном пространстве останется так называемый «желоб», который и будет являться самим каналом. С целью конкретного освещения нужных участков слоя, ученые использовали методику DLP, которая регулярно применяется в проекторах, как бытового назначения, так и в промышленных работах. В указанных агрегатах поставлена систематизация призм и зеркал, передающая нужную очередность  пикселей во всех отдельных изображениях. Матрицей образующей свет в рабочем процессе служит светодиод с волновой длиной в 385 нанометров, который меньше общепринятого используемого в 405 нанометров — это разрешило разглядеть огромный диапазон сырья, который может быть пригодным для печатных работ.

Много внимания разработчики уделили поглощающей свет примеси, которая способна разрешать одну из важнейших трудностей в трехмерном создании микроскопических каналов. Вообразите себе, что печатный агрегат только отпечатал слой с наличием пустоты (так называемого канала), а последующий слой должен быть сплошным. При работе «пикселя», находящегося над каналом, световое излучение может попасть в предыдущий изготовленный слой, в итоге взамен необходимого канала вы напечатаете стенку. Во избежание этого, и применяется добавление фотопоглощающей добавки, которая не дает свету проникать глубже, чем нужно.

Поглощающее световые лучи вещество ученые выбирали из двадцати кандидатов. Всех их тестировали по 6 категориям:

  1. Возможность растворения в основополагающем материале;

  2. Спектральное поглощение световых излучений;

  3. Критические температурные показатели;

  4. Механические показатели прочности после обработки полимеризацией;

  5. Показатели флуоресценции (которая не должна быть);

  6. Качественная возможность печати (насколько способен свет глубоко проникать).

В конце проведения всех этапов отборки исследователи решили остановиться только на одном веществе — NPS.

Чтобы провести точный анализ готового метода, ученые создали некоторое количество обычных систем микрофлюидов: «змейку» и просвет с огромной вертикальной пропорциональностью сторон — 25 микрон ширины и 3 мм длины. Исследователи еще и произвели оценку ширины одного «пикселя» в печатной плоскости — 7,6 микрон, и самое малое полученное сечение канала имело показатели 18×20 квадратных микрон. В отчете выделяется информация о том, что методики литографической работы разрешают достигать и более маленьких показателей, но они не подлежат большинству печатных возможностей.

Спектр использования 3Д печати на сегодня является очень большим: от микрофлюидных чипов и печати органов до построения целых сооружений. Немал и диапазон материального сырья для использования: кроме полимеров известны такие материалы для печати как металлы различного вида или даже стекло. 


Возврат к списку