中国岭南师范大学机械与电子工程学院的研究人员正在研究改善微流控技术使用的方法，并在最近发表的“用于生成凝胶微球的3D打印可重构模块化微流控系统”中概述了他们的研究。

在这项研究中，研究团队开发了一个互连的微流体网络，旨在防止常见的挑战，特别是在设计者创建更复杂的系统时受到限制。可重构微流控旨在形成更多的集成系统，从而实现以下生化功能：

•乳液生成

•多器官芯片

•梯度生成

•生化分析

研究人员表示：“现有系统通常采用单片集成的方式，将化学反应器、传感器、阀门、泵和探测器集成在单个芯片上。”单片微流控系统的典型制造方法（包括软光刻、热压花和飞秒激光刻写）既耗时又昂贵。此外，复杂的制造过程将需要更多地关注质量控制。”

如果一个整体系统内发生故障，则需要对整个微流控系统进行彻底的重建，从而增加了研究项目的时间和费用。借助模块化系统，可以在出现问题时更换特定的部件，也可以在集成到整个系统中之前分别设计和测试它们。模块化设备可以在短短几分钟内快速构建，但是必须通过额外的粘合和密封来完成，这需要额外的时间、费用和专业知识。

这项研究专用的模块化系统提供了具有不同几何形状的先进微流体。它们组成了一个复杂的系统，但很容易组合在一起，其中包括一个螺钉紧固件和一个组装模块。每个模块都被分配了一个功能，无论它是用作入口还是出口，用作通道、阀、储液罐还是具有其他用途。

3D打印的微流控模块组件的示意图。（a）基本的微通道单元。（b）功能微通道单元。（c）多功能微流控系统。该设备包括多个基本通道和使用螺丝连接器的功能通道。

 

研究人员使用SolidWorks设计了3D模型样本（尺寸为10 x 10 x 10 mm3），然后使用VisiJet®晶体材料（和VisiJet S300作为蜡质支撑材料）将其3D打印在ProJet®D3510SD上。3D打印后，通过螺钉连接器连接模块。

芯片表面质量的显微照片。（a）处理前的表面质量和表面粗糙度。（b）抛光和聚二甲基硅氧烷（PDMS）处理后的表面质量和表面粗糙度。（c）3D打印模块组件的图像。

 

表面质量被认为是极好的，表面抛光和PDMS涂层的使用都“非常有效”。

模块化微流控系统的连通性。（a）嵌入式连接的模块化组装示意图。（b）带有螺纹连接的模块化组件的示意图。（c）嵌入式连接微流体系统的泄漏实验。（d）螺纹连接的微流体系统（未拧紧的螺纹）的泄漏实验。（e）螺纹连接的微流体系统（拧紧的螺纹）的泄漏实验。

 

测试还包括通过采用嵌入式连接，“松开”和拧紧螺纹来评估螺钉紧固件。数字压力表还用于测试泄漏。

（a）带有混合通道模块的微流控系统组件的示意图。（b）模拟直通道和混合通道模块的混合效果。（c）分别将直通道模块和混合通道模块（微通道的末端）的出口标准化化浓度。（d，e）直通道和混合通道模块中流体的混合效果。

 

研究人员解释说：“…螺丝连接方法简单，快速。”“它可以反复拆卸和重新组装，以构建新型微流体系统的不同功能。”它被广泛应用于生化领域，例如流体混合和液滴产生。重要的是，螺纹连接提供了很高的流体压力，避免了流体泄漏问题，并扩大了其应用范围。”

具有（a）两个，（b）三个和（c）四个出口的可调混频器。（d，e）可调谐混频器系统两出口和三出口并联结构等效电路模型的比较。样品模块的范围全部与螺钉紧固件连接，最终由于易于组装，研究人员表示该系统将适合非专业用户。

“此外，集成的微流控设备还被用作多组分混合和多乳液生成。这种模块化的微流体系统在实现大规模生产的复合物和用于微流控平台商业化的多重系统方面具有巨大的潜力。”研究人员总结道。

目前，微流体技术仍然是科学家们研究和研究的一个来源，它与芯片上的器官、与传感器的集成以及需要小型化的项目一起工作。

 

来源：增材之光