3D打印液滴乳剂微流控芯片

发布者:匿名 2019-06-18 浏览量:2870


'利用Ninjaflex长丝3D打印一种能产生液滴乳的微流控芯片'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),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,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。

左侧油滴形成油侧压力为2.5磅/平方英寸,水流速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,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

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