近日，上海理工大學(xué)博士研究生黃邵祺、鄭璐璐副教授與中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院研究員巫建東以第一作者身份在《自然》旗下期刊《微系統(tǒng)與納米工程》（Microsystems & Nanoengineering）上發(fā)表論文，論文創(chuàng)新提出了“活字印刷式3D模塊化微流控制造技術(shù)”，該成果由未來光學(xué)團(tuán)隊(duì)莊松林院士、張大偉教授帶領(lǐng)的超精密光學(xué)制造團(tuán)隊(duì)與中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院、加拿大曼尼托巴大學(xué)合作完成，上海理工大學(xué)戴博教授、張大偉教授和加拿大曼尼托巴大學(xué)Francis Lin教授為通訊作者。
模塊化微流控制造技術(shù)通過組裝各種預(yù)制的模塊，拼搭出整個微流控系統(tǒng)。近些年，各種模塊制造技術(shù)及模塊組裝技術(shù)陸續(xù)被提出。模塊的制造可以通過在晶圓上制備多種微結(jié)構(gòu)，再用類似聚二甲基硅氧烷(PDMS)的彈性材料復(fù)刻出模塊結(jié)構(gòu)。這些模塊可以通過粘接靈活地組裝成一個完整的系統(tǒng)。此外，微流控模塊也可以利用3D打印制造。
然而，同時滿足高打印分辨率、高表面光滑度，以及采用具有生物化學(xué)相容性和高度光學(xué)透過率的打印材料，對于3D打印技術(shù)是一個巨大的挑戰(zhàn)。即便使用3D打印模具或鋁模具復(fù)制PDMS模塊，也會因?yàn)榉磸?fù)制造模塊效率較低，而無法滿足小批量生產(chǎn)的需求。此外，研究人員提出了改造注塑模塊（如樂高組件）的方案，但該方案較難實(shí)現(xiàn)3D結(jié)構(gòu)，且實(shí)現(xiàn)幾十微米的改造精度也存在難度。除了以上提及的難處，現(xiàn)有的模塊化微流控技術(shù)難以將功能器件標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)現(xiàn)一體化微流控系統(tǒng)。
本研究受活字印刷術(shù)的啟發(fā)，提出了一種3D模塊化微流控(3D-FAMM)制造技術(shù)，為各種微流體控制模具以及各類功能性器件（閥門、照明光源、顯微相機(jī)）制定了模塊化標(biāo)準(zhǔn)。通過倒模復(fù)刻已組裝的模具，可制造出復(fù)雜結(jié)構(gòu)的微流控系統(tǒng)。研究中，利用3D模塊化系統(tǒng)演示了多種應(yīng)用，包括生成復(fù)雜濃度梯度，生成和操控微液滴，以及捕獲和共培養(yǎng)細(xì)胞。3D模塊化技術(shù)可以快速制造出各種微流控系統(tǒng)的原型樣件，構(gòu)建片上研究平臺，實(shí)現(xiàn)高效的概念驗(yàn)證或產(chǎn)品開發(fā)階段的測試及小批量制造。3D模塊化技術(shù)功能性強(qiáng)、靈活性高，在生命科學(xué)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
活字印刷術(shù)和3D模塊化微流控制造術(shù)原理圖
雙層3D-FAMM芯片的制造
3D-FAMM技術(shù)在細(xì)胞共培養(yǎng)及耐藥性分析中的應(yīng)用
供稿：光電學(xué)院
