美國(guó)陸軍ERDC為密蘇里大學(xué)撥款100萬美元，為醫(yī)療行業(yè)研究一種復(fù)雜的微流體過濾器

2024年1月11日，南極熊獲悉，美國(guó)陸軍工程師研究與開發(fā)中心(ERDC)為密蘇里大學(xué)工程學(xué)院(Mizzou Engineering)撥款100萬美元（約合716萬人民幣），用于安裝一臺(tái)新型Nanoscribe Quantum X Shape高分辨率3D打印機(jī)。研究人表示，他們花了八年時(shí)間，試圖找出一種制造復(fù)雜微流體過濾器的方法，使醫(yī)生能夠有效地從患者血液中回收癌細(xì)胞且不損壞細(xì)胞�，F(xiàn)在通過3D打印技術(shù)有希望進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)研究。

△Matt Maschmann教授（中）和Elliott Leiinauer（左四）觀看新型Nanoscribe Quantum X Shape 的演示

密蘇里大學(xué)的學(xué)生、電氣工程博士Elliott Leinauer說道：“自2021年以來，我們一直致力于制造新設(shè)計(jì)。這臺(tái)打印機(jī)在演示中表明它可以在20秒內(nèi)完成這一任務(wù)。”

密蘇里大學(xué)機(jī)械與航空航天工程副教授兼材料科學(xué)與工程研究所聯(lián)合主任Matt Maschmann 說："Nanoscribe打印機(jī)的意義在于，它的打印分辨率小于許多有趣的工程問題（包括生物細(xì)胞甚至光的波長(zhǎng)）的基本長(zhǎng)度尺度。同時(shí)，它還能制造直徑達(dá)3英寸的圖案，使其成為適用于多種應(yīng)用的強(qiáng)大工具。

Maschmann的意思是說，Nanoscribe的應(yīng)用范圍從生命科學(xué)到微電子，再到用于安全和國(guó)防的先進(jìn)光學(xué)皆適用。

△3D打印技術(shù)用于高效加工微納結(jié)構(gòu)

3D打印技術(shù)開發(fā)復(fù)雜微流體過濾器

ERDC資助項(xiàng)目的首席研究員Derek Anderson教授表示："這個(gè)裝置對(duì)于我們研究由人工智能設(shè)計(jì)，并用于人工智能的先進(jìn)光學(xué)新材料來說是令人興奮的。我們已經(jīng)在計(jì)算和模擬方面做了很多工作，這個(gè)裝置可以讓我們制作原型，以驗(yàn)證、比較和推進(jìn)我們的研究"。

Leinauer的研究重點(diǎn)是尋找一種精確的方法，讓醫(yī)生從簡(jiǎn)單的抽血中提取活癌細(xì)胞。這是一個(gè)重要的應(yīng)用，因?yàn)樗�開辟了更多定制方法來確定最佳治療方法。目前，腫瘤學(xué)家根據(jù)過去的成功經(jīng)驗(yàn)推薦化療、放療和其它癌癥治療方法。相反，能夠研究患者的轉(zhuǎn)移癌細(xì)胞將使醫(yī)生能夠根據(jù)患者的具體需求進(jìn)行測(cè)試，并推薦最佳治療方案。

Leinauer表示：“之前，當(dāng)你試圖提取癌細(xì)胞時(shí)，它們會(huì)在此過程中受損或死亡�，F(xiàn)在，我們使用雙光子灰度光刻系統(tǒng)開發(fā)一種可以捕獲癌細(xì)胞的過濾器。這種制造過程是將微/納米級(jí)幾何圖案從光掩模轉(zhuǎn)移到硅晶圓上的行為。”

通常情況下，這種類型的過濾器可以捕獲癌細(xì)胞，但這些細(xì)胞通常比大多數(shù)其它細(xì)胞都大。然而，到目前為止，還沒有一種方法可以將它們從過濾器中取出而不造成破壞。為了緩解這個(gè)問題，Leinauer想到了一種設(shè)計(jì)，可以改變過濾器形狀，從而更容易地釋放捕獲的癌細(xì)胞，而不會(huì)損壞它們。

他說：“這個(gè)想法是，使用外部力量來改變通道的幾何形狀，將這種迷宮般的內(nèi)部通道轉(zhuǎn)換成更簡(jiǎn)單的東西，從而為捕獲的細(xì)胞創(chuàng)建這些流體高速公路，以輕松逃離過濾器。但它需要極為復(fù)雜的設(shè)計(jì)和制造工藝。現(xiàn)在，通過3D打印光刻技術(shù)和先進(jìn)的幾何設(shè)計(jì)學(xué)，過濾器可實(shí)現(xiàn)速度和精度相結(jié)合�！�

△Nanoscribe Quantum X是世界上第一個(gè)雙光子灰度光刻系統(tǒng)，用于折射和衍射微光學(xué)和表面圖案的無掩模微加工

微加工3D打印技術(shù)的拓展

另外，Maschmann設(shè)想將Nanoscribe Quantum X Shape用于目前的半導(dǎo)體器件圖案化研究，因?yàn)樗�可以在微觀層面上對(duì)電路進(jìn)行圖案化。該打印機(jī)還可以提供微小的幾何設(shè)計(jì)，夠以特定的模式逐層構(gòu)建碳納米管薄膜。

△雙光子高精準(zhǔn)灰度光刻系統(tǒng)Quantum X shape

該技術(shù)還可應(yīng)用于先進(jìn)的傳熱應(yīng)用。Maschmann解釋：“它可以操縱液滴以增強(qiáng)兩相傳熱。當(dāng)小液滴接觸時(shí)，它們會(huì)釋放大量的表面能，這種能量如此之大，以至于液體會(huì)從表面上跳下來，這對(duì)傳熱非常有利。”

這項(xiàng)技術(shù)是具有突破性意義的。它使我們能夠追求那些受到傳統(tǒng)制造工藝限制，而原本不可行的全新理念。3D打印技術(shù)徹底改變了研發(fā)人員的制造能力，并且相對(duì)容易地實(shí)現(xiàn)了這一點(diǎn)，從而解放了研究人員，加速了創(chuàng)新的步伐。