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微纳3D打印技术应用:微流控(Microfluidics)

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「 微流控 」

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微流控芯片

微流控( Microfluidics) 是一门在微米尺度下研究流体的处理与操控的技术,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。

「 微流控应用 」

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用于生物检测的微流控芯片

核酸检测,作为一种分子诊断技术,包括核酸提取、扩增和检测,对微生物分析、医学诊断、及时就医等起着根本性的作用。目前核酸检测存在工作量大、成本高、而且耗时长等问题,显著影响了其在诊断中的应用。微流控技术的出现有效推动了核酸检测技术的发展,以微流控芯片为平台的核酸提取技术、扩增技术,以及核酸检测技术,将核酸的提取、扩增、检测技术集成到一个微装置。

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基于微流控芯片的核酸检测原理

2019年年末出现的新型冠状病毒,目前已在全球范围内爆发。面对突发的重大传染性疫情,核酸检测技术的作用更加凸显,催生了相关产业产品的需求,尤其以微流控平台为基础的核酸检测技术,短期内行业快速响应,紧急部署资金投入。

国内不少公司已在此展开布局,如科华生物、达安基因、博晖科技等,它们都在微流控相关领域有不错的表现,并且在疫情期间较早推出相关技术产品。不过,中国的微流控芯片技术产业化仍处在早期阶段,还是个巨大的蓝海的市场。

「 微流控器件制造工艺 」
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采用微纳3D打印的微流控芯片

传统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,且依赖于价格高昂的先进设备,加工过程都需要在超净间内完成,工序复杂。近年来,3D打印技术逐渐被应用于微流控芯片的制造。

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加工 PDMS/ 塑料采用的倒模加工技术( A) 与微立体光刻技术对比( B)

目前越来越多的研究者开始采用微纳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。采用微纳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。采用微纳3D打印技术制造微流控芯片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。

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微纳3D打印设备

微纳3D打印设备具有10微米的打印精度,可配套多种不同应用特点的复合材料,包括生物兼容性树脂、高硬度硬性树脂、耐高温树脂等复合材料,打印最大尺寸为94mmX52mmX45mm的器件,已应用于微流控芯片制造等相关领域,具有良好的应用前景。






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