微納3D打�。和苿雍５卤ご髮WIMSEAM微流控技術進步的關鍵力量

來源：摩方精密

德國歷史最悠久的高等學府——海德堡大學，作為歐洲科研項目最密集的機構之一，在2022年時設立了分子系統(tǒng)工程與先進材料研究所（IMSEAM）。為了給繁多的科研項目提供了堅實的后盾，IMSEAM選擇了摩方精密的面投影微立體光刻（PµSL）3D打印技術，進一步確保了微孔板、微流控裝置以及器官芯片等高精度微型部件的精準制造。通過PµSL技術的應用，顯著提高了研究流程的效率和科研成果的整體質(zhì)量。這一技術的集成，為IMSEAM的科學探索之路開啟了新的篇章，實現(xiàn)了科研創(chuàng)新與精密制造的無縫對接。

IMSEAM一直致力于在分子水平上合成和天然的構建模塊，創(chuàng)新研發(fā)新材料、新方法和新技術。目前，IMSEAM旗下設有四個研究小組以及兩個青年研究小組，這些小組致力于材料開發(fā)、有機電子、環(huán)境科學和生物醫(yī)療領域的基礎理論與應用研究。此外，IMSEAM為校內(nèi)其他研究小組提供了設備制造與表征服務（IMSEAM核心設施）、軟（生物）材料表征以及微流控技術領域的核心設施支持。

高精度制造，滿足多樣化需求
微流控技術作為一門迅速發(fā)展的前沿領域，其應用已遍及多個學科研究。該技術涉及從流體動力學的深入理解，到基于液滴的微流控方法以合成細胞的創(chuàng)建，以及連續(xù)流動微流控和構建復雜器官芯片模型的實踐。微流控核心設施部門（µFlu CF）旨在為校內(nèi)所有對微流控技術感興趣的研究團隊提供全面的支持，涵蓋項目設計、微流控芯片制造，以及生物安全實驗室等各個環(huán)節(jié)。

該部門的項目負責人Pashapour博士指出：“2022年5月，我們啟動了微流控芯片生產(chǎn)與分析所需的首批設備的采購工作�！痹趥鹘y(tǒng)的微流控芯片制造過程中，通常采用光刻技術，在涂有光刻膠的硅晶圓上制作主模具。為此，該部門購置了一臺無掩模對準器，該設備能夠?qū)崿F(xiàn)1至200 μm范圍內(nèi)高度的2D結(jié)構的精確制造。為了確保結(jié)構高度的一致性，該部門還需利用干涉輪廓儀進行測量，以監(jiān)控硅晶圓與曝光光刻膠之間的厚度差異，但測量的公差范圍介于1 μm至2-3 mm之間。

Pashapour博士表明：“除了上述工藝流程，我們同樣希望能夠生產(chǎn)具有3D結(jié)構的微流控芯片。因此，我們正在探索合適的3D打印技術解決方案。”

nanoArch® S140：摩方精密10 μm級3D打印設備，以其卓越的精度，高公差控制能力，成功實現(xiàn)了科研級復雜微零件的制造。

PµSL技術，科研創(chuàng)新的得力工具
在完成了深入的市場調(diào)研和全面的評估之后，IMSEAM選定了一個代表性的設計，并將其提交給四至五個供應商進行打印。隨后，IMSEAM對這些打印件的精度、質(zhì)量和打印效率進行了評估。在挑選打印設備的過程中，Pashapour博士著重指出了打印機在打印狹窄通道時保持壁面光滑的重要性，以確保在后續(xù)實驗中避免湍流的發(fā)生。經(jīng)過嚴苛的篩選過程，IMSEAM最終決定采用摩方精密的nanoArch® S140（精度：10 μm）3D打印機，這是因為摩方精密能夠精確地制造出滿足設計規(guī)格的樣品部件。

摩方精密PμSL 3D打印技術為科研制造領域帶來了所需的高分辨率、高準確性和高精確度。作為一種立體光刻（SLA）技術，PμSL依賴于數(shù)字光處理引擎（DLP）、精密光學元件、高精度運動控制系統(tǒng)以及相應的軟件。與傳統(tǒng)的SLA技術相似，PμSL技術通過將部件分層，并利用光源投射到液態(tài)光敏樹脂上來實現(xiàn)打印。在曝光區(qū)域內(nèi)，樹脂中的聚合物發(fā)生交聯(lián)和固化。Pashapour博士評價道：“S140這臺設備的表現(xiàn)令人難以置信，它能夠制備出非常完美的樣件，完全符合我們的需求。

網(wǎng)格：100 µm細網(wǎng)格的3D打印，用于細胞誘導的變形

腔室：在腔室中捕獲器官樣體，腔室寬度為200 µm，兩側(cè)腔室有100 µm的流入口

開源兼容，提供精準定制化服務
為了滿足微流控技術的高標準需求，IMSEAM采用了nanoArch® S140 3D打印機，以促進其在微流控領域的研究與創(chuàng)新。該打印機擁有94 x 52 x 45 mm³的構建體積，為操作提供了必要的靈活性。該設備的開源特性使得研究所不僅能夠使用摩方精密自主研發(fā)的材料，還能夠選用第三方供應商提供的產(chǎn)品，從而進一步拓寬了材料選擇的范圍

nanoArch® S140 3D打印機相較于其他制造商的產(chǎn)品，賦予了用戶更廣泛的打印參數(shù)調(diào)整權限，這一特點顯著增強了打印的定制性和適應性，從而確保能在最佳條件下獲得預期結(jié)果。設備安裝就緒后，摩方精密為IMSEAM團隊提供了全面的教學和操作培訓，涵蓋了設備原理和操作細節(jié)。為期一周的培訓確保了研究團隊對打印機各項功能的深入掌握。

Pashapour博士指出，在嘗試打印首個項目期間，他們通過售后服務迅速獲得了支持，響應極為迅速。自2023年9月起，nanoArch®  S140便保持全天候運行，僅在圣誕節(jié)假期期間暫停。這種不間斷的運行狀態(tài)充分體現(xiàn)了打印機的高效與可靠性。Pashapour博士還提到，團隊已進行了一次膜的更換，并參加了在線培訓課程，旨在進一步提高打印技術并優(yōu)化打印流程。

150 µm空心立方體：涂覆碳納米管，用于3D細胞激活胞誘導的變形

微孔板：3D打印的微孔，直徑和深度均為80 µm，間距為20 µm，用于捕獲GUVs

激活科研潛力，加速研究成果實現(xiàn)轉(zhuǎn)化
IMSEAM的微流控核心設施部門（µFlu CF）已成功部署了摩方精密PμSL 3D打印技術，特別是其在玻璃基板上直接打印黃色樹脂的能力，顯得尤為關鍵。Pashapour博士強調(diào)，這種能力為微流控過程的分析提供了更清晰和直觀的觀察視角，進而促進了對于微流控機制更深入的理解。

盡管如此，Pashapour博士也提及了所面臨的一些挑戰(zhàn)，尤其是在將玻璃板在構建平臺上進行微米級精度對齊的過程中。目前，團隊主要依靠卡尺來完成這一任務，但Pashapour博士期望未來能夠獲得更先進的軟件支持，以提升對齊的精確度和操作效率。

此外，IMSEAM已成功完成了多個項目，涵蓋了具有150 μm空腔的立方體、直徑和深度均為80 μm、間距為20 μm的3D打印微孔板，以及用于細胞誘導變形的100 μm精細網(wǎng)格。這些項目的成功實施，不僅展現(xiàn)了nanoArch® S140 3D打印機在精度方面的卓越性能，也凸顯了其在微流控領域的關鍵應用潛力。

Pashapour博士還表示，他們期望能夠利用彈性材料進行打印，例如用于合成肺的器官芯片。同時，他們也在探究是否能夠通過摩方精密2 μm分辨率的打印機來制造更加精密的支撐結(jié)構。