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3D打印液滴乳剂微流控芯片
来源:优速得3D打印店 | 发布时间: 2019-06-20

北京3d打印机报道:在'利用Ninjaflex长丝3D打印一种能产生液滴乳剂的微流控芯片'的论文中,来自阿肯色大学的罗伯特·安德鲁斯为他的论文项目和论文打印了一种新颖的微流体系统。使用NinjaFlex长丝,该过程以液滴乳剂和生物医学(生物微机电系统)项目为中心。
液滴乳剂法
该项目的另一个主要元素是开发芯片实验室,同时深入研究小型化(技术缩小到更小的环境中),具有以下优点:
•减少必要的样本量
•缩短实验室流程的反应时间
•实验室流程的移动性更强
在芯片实验室方案中,规模大约为10-1000微米,但制造这种环境的许多常见工艺耗时且成本昂贵,这就是为什么3D打印是如此具有吸引力的小型化介质的原因。安德鲁斯指出需要合适的流体流动,这种流体流动发生在压力梯度或柔性膜片上,并且必须沿微流体通道流动。
“根据隔膜的材料和厚度,需要不同的压力和频率才能达到一定的流速。”安德鲁斯表示,“作为旁注,这些隔膜既可用于改变微通道的宽度,或在压力超过某一临界值时用作止回阀(足以使隔膜的位移等于微流体通道的直径)。”


在他的论文项目中,安德鲁斯在设计微芯片的同时,也在研究打印工艺的局限性。微流体液滴分离器将在一系列应用中发挥作用,包括血液监测(用于凝块)、食品安全化学检测以及在药物中发现新药物。作者还指出,与更传统的方法相比,使用NinjaFlex长丝创建一个系统是多么有益。
“NinjaFlex长丝而不是ABS中的3D打印对于生成微流体系统的特定应用具有一个固有的优势。NinjaFlex长丝的杨氏模量为12 MPa,而ABS的杨氏模量为2.05 GPa。这导致ABS的刚度大约是NinjaFlex的170倍。”安德鲁斯写道。
“这种刚度降低有利于微流体系统的制造,因为这些系统可能需要执行器来弯曲,以产生流体流动。在Ninjaflex中产生偏转所需的压力要比在几何相似的ABS样品中产生相同的偏转所需的压力小得多。”
通过“反复试验”,安德鲁斯能够找到制造芯片的最佳打印参数。还有一些关于芯片设计的担心,关于主要的堵塞缺陷,第一次打印有点粗糙,包括:
•打印质量失真
•出口堵塞
•芯片太厚
•微通道或隔膜不可见
“就3D打印机本身而言,人们注意到在这种挤出
机温度下经常发生堵塞。”作者表示, “因此,温度升高到250摄氏度。在挤出机温度下,发生堵塞的频率要低得多。关于下一次迭代中的设计更改,芯片顶部在零件文件中移除,使通道可以从上面看到。微芯片的顶部不是由Ninjaflex构成,而是由玻璃芯片覆盖。”
Angled Junction Version 3芯片是第一个用于液滴乳化的芯片,因为用绿色食品染料着色的水被过滤以确保通道没有被堵塞。微通道变绿了,但安德鲁斯指出长丝和玻璃之间的粘合不是很好。水从芯片中泄漏出来,最终从基板上分离出来。


微芯片首次打印的底视图
在继续精炼之后,安德鲁斯能够降低流量,同时油侧压力保持相同的水平。随后,每隔一段时间就会产生“大小一致”的液滴。
左侧油滴形成的油侧压力为2.5磅/平方英寸,水流速为25微升/分钟。
“微芯片的最终设计有多种改进方法。首先,可以减小通道的直径以减小液滴的尺寸。但是,通道不能太小以致于被阻塞。而且,隔膜可以在出口通道的任一侧上实施。通过驱动这些隔膜,可以改变微通道尺寸,从而精确地控制液滴的尺寸。芯片可以做得更厚,以使管接头有更多的表面可以抓住。”安德鲁斯总结道。
“实验的总体设计也可以改进。与使用氮气罐作为压力源相比,使用注射泵可以更好地产生油流量。由于泵送油不需要太大的压力,而氮气罐不够精确,无法产生可靠且稳定的油流量。”
未来的研究和工业创新形式多种多样,但可能与我们许多人想象的不同;例如,从小型化到流动通道小型化到连续流动反应器,以及用于小型化和微流体的不同材料和工艺,小型化正变得越来越普遍。(
北京3d打印机报道