研究人员利用3D打印技术为微流体技术打开了新的大门

蒙大拿州立大学研究人员已经取得了一项小小的突破(字面上)，但这项突破可能会在广泛的应用领域产生巨大影响。

Stephan Warnat领导的研究小组,机械和工业工程系助理教授在密歇根州立大学的常态Asbjornson工程学院已经开发了一种新方法,利用3 d打印为微流体装置,涉及操纵非常小的液体测量水质或微生物的研究,在其他的事情。

“这是一大步，”沃纳特说一篇文章发表在科学杂志上，然后出现在3 dprint.com．“我们很高兴我们的想法能像我们想象的那样运作。”

使用这种新方法，Warnat的团队证明他们可以直接在玻璃上进行3D打印，形成包含液体的窄通道——宽度不到一毫米。这种新工艺大大缩短了制造时间，使研究人员可以在实验室里轻松地生产出负担得起的、定制的设备原型，称为微流体芯片。

“从生产开始到最终测试，可能需要一天的时间，”Warnat说，他估计用这种新方法制造一个典型芯片的材料成本约为1美元。

通常，通道是通过蚀刻工艺或掩盖芯片区域和化学沉积材料薄条形成的。重要的是芯片是玻璃的，因为研究人员通常想用显微镜来观察通道。然而，在Warnat和他的合作者发现如何将打印材料粘在透明衬底上之前，直接在玻璃上进行3D打印一直被证明是难以实现的。此外，3D打印材料不仅能很好地粘合在玻璃上，还能粘合在由非常薄的金属薄片制成的小型传感器上。这意味着传感器可以很容易地集成到微流体芯片中。

迈克尔·纽鲍尔(Michael Neubauer)是密歇根州立大学的一名研究生，他与沃纳特共同撰写了这篇文章。纽鲍尔使用密歇根州立大学的蒙大拿微制造设施制造了这种金属传感器，他说，这种传感器看起来就像交叉的手指，可以测量电流的变化，从而检测水中的某些矿物质。

“这些3D打印机几乎对任何人都适用，”纽鲍尔说，他正在攻读机械工程方面的工程博士学位。“实际上，我们所做的是以一种直接的方式将这些技术结合在一起，大多数人都可以在实验室完成。我们希望该领域的其他专家也能效仿这些方法，开发出真正酷而有趣的应用程序。”

Warnat计划使用这项新技术来进一步研究新的、更便宜的微型传感器，用于测量溪流和土壤中的水质。他的项目是密歇根州立大学获得5万美元“种子”拨款的三个项目之一，这些拨款去年通过环境水系统研究联盟(简称CREWS)获得，后者在2019年早些时候从美国国家科学基金会(National Science Foundation)获得了2000万美元。克鲁斯研究种子奖计划旨在资助与水质有关的创新研究，并在蒙大拿州的高等教育机构建立研究能力。

密歇根州立大学生物膜工程中心的其他研究人员表示，有兴趣将这项新技术用于涉及微生物的各种研究项目。“这些传感器的低成本和小尺寸使它们在环境和工业应用中非常有吸引力，在这些应用中，你想在多个位置进行大量测量，”化学和生物工程系教授Christine Foreman说，她一直与Warnat的团队合作。

机械与工业工程系主任丹•米勒(Dan Miller)表示:“将这项技术应用到广泛学科的研究中，确实有很多机会。”“研究的未来是在这些跨学科团队中工作，所以这使斯蒂芬处于前沿。”

-副主编克里斯·瓦夫拉编辑，控制工程， CFE Media and Technology，cvavra@cfemedia.com．