纸基微流控芯片的3D打印制造

摘要:纸基微流控纸芯片(paper-based microfluidic analytical devices,μPADs)是一种新兴的微流控分析技术平台,具有成本低、加工简易、使用和携带方便等优点,在临床诊断、食品质量控制和环境监测等应用领域具有很大的应用前景。浙江大学浙江省三维打印工艺与装备重点实验室研究人员开发了一种基于3D打印工艺的μPADs快速制造方法,为μPADs广泛应用提供了可能。

微流控纸芯片(纸基微流控纸芯片,paper-basedmicrofluidic analytical devicesμPADs)采用纸张作为基底替代硅、玻璃、高聚物等材料,这种分析器件被称为纸上微型实验室,也称微流控纸分析器件。由于微流控纸芯片有如此多优越的性能,在临床诊断、食品质量、环境监测等众多领域有着极其广泛的应用。研究人员开发了多种加工手段,包括紫外光刻、蜡印、等离子处理、喷墨打印、喷墨溶剂刻蚀、绘图、柔印和激光光刻等微流控纸芯片的加工技术。但这些技术无法兼顾成本、速度及精度,难以适应μPADs未来的大批量需求

 浙江大学浙江省三维打印工艺与装备重点实验室研究人员提出了一种基于立体光固化成型(SLA3D打印工艺的微流控纸芯片制作方法,大大降低了纸芯片从设计到制作完成的时间。该方法首先将滤纸浸入UV光敏树脂中使之疏水化;然后紫外光的选择性照射来获得局部固化的滤纸;最后用无水乙醇洗去未固化的UV树脂后获得带有亲疏水通道的纸芯片。整个操作步骤简单省时,无需掩膜的制作,大大降低了纸芯片制作的时间和成本,通过满足μPADs微米级别的精度要求。本方法可直接采用现有的开源3D打印机实现μPADs的快速低成本制造,和现有制造方法相比,其最大特点是2min完成制造过程,易于实现大批量低成本的μPADs制造


 1. 基于动态掩膜的微流控纸芯片制作流程(浸润、曝光、清洗)



图2基于本方法的复杂流道制作


课题组对纸芯片制作过程中的正面反面紫外曝光时间进行大量的研究,研究结果显示,正面曝光时间在10-15秒左右最合适,反面曝光时间在20-25秒左右最合适。

2. 对正面曝光和反面曝光时间的研究


 

4. 基于本方法制作的微流控芯片用于亚硝酸盐检测

目前该成果已在The Royal Society of Chemistry旗下的RSC Advances期刊发表,题为“Rapid fabrication of paper-based microfluidicanalytical devices with desktop stereolithography 3D printer”。


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