南加州大学维特比工程学院的研究人员现在已经开发出一种高度专业化的3D打印技术，可以在芯片上以精确的微尺度制造微流体通道，这是以前无法实现的。该研究由Daniel J. Epstein工业与系统工程系博士研究生Yang Xu和航空航天与机械工程与工业与系统工程教授Yong Chen领导，与普渡大学化学工程与材料科学教授Noah Malmstadt和毛华超教授合作自然通讯．

研究小组使用了一种被称为还原光聚合的3D打印技术，该技术利用光来控制液体树脂材料转化为固体最终状态。

“在光投射之后，我们基本上可以决定在哪里构建(芯片的)部件，因为我们使用光，所以在一层内的分辨率可以相当高。然而，层与层之间的分辨率要差得多，这是构建微尺度通道的关键挑战。”

“这是我们第一次能够打印通道高度在10微米级别的东西;我们可以非常精确地控制它，误差在正负一微米。这是以前从未做过的事情，所以这是小通道3D打印的突破，”他说。

大桶光聚合是利用装满液体光聚合树脂的大桶，从中一层一层地构建印刷品。然后紫外线照射到物体上，在每一层固化和硬化树脂。当这种情况发生时，构建平台将打印件上下移动，以便可以在其上构建额外的层。

但是当涉及到微流体器件时，还原光聚合在芯片上所需的微小孔和通道的创建方面存在一些缺点。UV光源经常深入到残留的液态树脂中，固化和固化器件通道壁内的材料，从而堵塞成品器件。

“理想情况下，当你投射光线时，你只想固化一层通道壁，而不影响通道内的液体树脂;但很难控制固化深度，因为我们试图将目标定位在只有10微米的间隙内。”

他说，目前的商业工艺只允许在100微米的水平上创建通道高度，精度控制很差，因为光穿透固化层太深，除非你使用不透明的树脂，不允许那么多的光穿透。

“但是对于微流体通道，通常你想在显微镜下观察一些东西，如果它是不透明的，你就看不到里面的材料，所以我们需要使用透明树脂，”Chen说。

为了在透明树脂中精确地创建适合微流体设备的微尺度通道，该团队开发了一种独特的辅助平台，该平台可以在光源和打印设备之间移动，阻止光线固化通道壁内的液体，这样通道屋顶就可以单独添加到设备的顶部。残留在通道中的残余树脂仍将处于液态，然后可以在打印过程后冲洗出来形成通道空间。

微流控装置在医学研究、药物开发和诊断等方面有着越来越重要的应用。

“微流体通道有很多应用。你可以让血液样本通过通道，将其与其他化学物质混合，这样你就可以检测出你是否患有COVID或高血糖水平。”

他说，新的3D打印平台，其微尺度通道，允许其他应用，如颗粒分类。颗粒分选机是一种微流控芯片，它利用不同大小的腔室来分离不同大小的颗粒。这将为癌症的检测和研究带来巨大的好处。

“肿瘤细胞比正常细胞稍大，正常细胞约为20微米。肿瘤细胞可能超过100微米，”陈说。“目前，我们使用活组织检查来检查癌细胞;切除病人的器官或组织，以显示健康细胞和肿瘤细胞的混合物。相反，我们可以使用简单的微流体装置让(样品)通过精确打印高度的通道，将细胞分离成不同的大小，这样我们就不会让那些健康细胞干扰我们的检测。”

陈说，研究小组目前正在为新的3D打印方法申请专利，并正在寻求合作，将这种制造技术商业化，用于医疗测试设备。