面(mian)投(tou)影(ying)微(wei)立(li)體(ti)光(guang)刻技(ji)術和模塑(su)法(fa)制(zhi)備(bei)微(wei)流(liu)控光(guang)學器件(jian)的(de)對(dui)比研(yan)究(jiu)

微(wei)流(liu)控芯(xin)片是把(ba)生(sheng)物、化學等(deng)領(ling)域中所(suo)涉及(ji)的(de)樣(yang)品制(zhi)備(bei)、反應、分離(li)、檢測(ce)等(deng)基本(ben)操作(zuo)單(dan)元(yuan)集成到(dao)壹塊微(wei)米尺(chi)度(du)的(de)芯(xin)片上，以(yi)此(ci)取代(dai)常規(gui)生(sheng)物化學實驗(yan)室(shi)中的(de)各(ge)種操作(zuo)。微(wei)流(liu)控芯(xin)片因(yin)具有高度(du)集成化、分析效率(lv)高、制(zhi)造(zao)成本(ben)低(di)、試劑消耗(hao)量(liang)少等(deng)優點(dian)被廣(guang)泛(fan)應用於(yu)各(ge)種科學研究(jiu)。聚二(er)甲基矽氧烷(wan)(PDMS)是目(mu)前(qian)應(ying)用*泛的(de)微(wei)流(liu)控芯(xin)片制(zhi)備(bei)材料之(zhi)壹，它(ta)具(ju)有良(liang)好(hao)的(de)透氣(qi)性(xing)、透光(guang)性(xing)、生(sheng)物兼(jian)容(rong)性(xing)以(yi)及(ji)化學惰(duo)性(xing)，易於通(tong)過模具(ju)澆註成型(xing)。基於(yu)光(guang)刻和PDMS倒(dao)模(mo)技(ji)術的(de)模(mo)塑(su)法(fa)是目(mu)前(qian)應(ying)用最普(pu).遍(bian)的(de)微(wei)流(liu)控芯(xin)片加(jia)工方(fang)法(fa)。然(ran)而(er)，這(zhe)種(zhong)方法(fa)加(jia)工時(shi)間(jian)長、加(jia)工成本(ben)高、加(jia)工工藝(yi)繁瑣，並且模(mo)具的(de)制(zhi)造(zao)需(xu)要(yao)在(zai)潔(jie)凈(jing)室(shi)中完成。隨(sui)著3D打(da)印(yin)技(ji)術的(de)出(chu)現，微(wei)流(liu)控芯(xin)片可(ke)以(yi)通過3D打印(yin)技(ji)術直接制(zhi)備(bei)而成，或(huo)者結合(he)PDMS翻(fan)模(mo)工藝(yi)與3D打印(yin)技(ji)術多步(bu)加(jia)工制(zhi)備(bei)而成。這(zhe)些(xie)方法(fa)不僅(jin)有效(xiao)彌(mi)補了(le)傳(chuan)統微(wei)加(jia)工方(fang)式(shi)的(de)不足(zu)，而(er)且(qie)還(hai)可(ke)以(yi)制(zhi)備(bei)具有復(fu)雜(za)三(san)維結構(gou)的(de)微(wei)流(liu)控芯(xin)片。另外，微(wei)流(liu)控芯(xin)片制(zhi)備(bei)材料的(de)選(xuan)擇(ze)也更加(jia)廣(guang)泛(fan)。

近(jin)日(ri)，卡(ka)塔尼亞(ya)大學Lorena Saitta課題(ti)組采用(yong)面(mian)投(tou)影(ying)微(wei)立(li)體(ti)光(guang)刻(PμSL)技(ji)術和基於(yu)3D打(da)印(yin)的(de)PDMS翻(fan)模(mo)技(ji)術制(zhi)備(bei)了用於段塞(sai)流(liu)檢測(ce)的(de)微(wei)流(liu)控光(guang)學器件(jian)，通(tong)過對比研(yan)究(jiu)評(ping)估了兩種加(jia)工技(ji)術及其(qi)制(zhi)備(bei)材料的(de)利弊。研究(jiu)人員基於(yu)PμSL (microArch S140，摩(mo)方(fang)精(jing)密(mi)) 3D打(da)印(yin)技(ji)術采用(yong)HTL光(guang)敏樹(shu)脂(zhi)壹步(bu)成型(xing)了微(wei)流(liu)控光(guang)學器件(jian)，該(gai)技(ji)術具有超(chao)高的(de)打(da)印(yin)分辨(bian)率(lv)；作(zuo)為(wei)對比，研(yan)究(jiu)人員還(hai)采(cai)用基於(yu)聚(ju)合(he)物噴(pen)射3D打(da)印(yin)的(de)PDMS翻(fan)模(mo)技(ji)術多步(bu)工藝(yi)制(zhi)備(bei)了微(wei)流(liu)控光(guang)學器件(jian)。兩(liang)種加(jia)工方(fang)法(fa)制(zhi)備(bei)的(de)器(qi)件(jian)進口和出(chu)口定(ding)位(wei)不同(tong)，HTL器件(jian)的(de)進(jin)口和出(chu)口與微(wei)通(tong)道(dao)同(tong)軸(zhou)對齊，而PDMS器(qi)件受(shou)限於(yu)加(jia)工方(fang)法(fa)，其(qi)進口和出(chu)口正交(jiao)於微(wei)通(tong)道(dao)。另外，HTL器件是(shi)壹體(ti)成型(xing)的(de)，氣(qi)密(mi)性(xing)比較(jiao)好(hao)，可(ke)以(yi)避免(mian)液(ye)體(ti)泄露(lu)問(wen)題(ti)。

圖(tu)1. 所(suo)設計(ji)的(de)微(wei)流(liu)控光(guang)學器件(jian)的(de)工作(zuo)原(yuan)理(li)

圖2. PDMS微(wei)流(liu)控光(guang)學器件(jian)(Device 1)和HTL微(wei)流(liu)控光(guang)學器件(jian)(Device 2)的(de)幾何結構(gou)俯(fu)視圖(tu)的(de)比較(jiao)(單(dan)位(wei)：mm)

圖3. PDMS微(wei)流(liu)控光(guang)學器件(jian)的(de)制(zhi)備(bei)流(liu)程(cheng)

圖4. 基於(yu)PμSL技(ji)術制(zhi)備(bei)HTL微(wei)流(liu)控光(guang)學器件(jian)的(de)流(liu)程(cheng)

圖5. PDMS微(wei)流(liu)控光(guang)學器件(jian)(Device 1)和HTL微(wei)流(liu)控光(guang)學器件(jian)(Device 2)的(de)完整(zheng)氣(qi)水(shui)段塞(sai)流(liu)平均(jun)周(zhou)期(qi)趨勢(shi)的(de)比較(jiao)

PDMS器(qi)件和HTL器件微(wei)通(tong)道(dao)的(de)相(xiang)對(dui)粗糙度(du)分別為(wei)0.0001 %和0.0002 %，因(yin)此(ci)，兩種(zhong)加(jia)工技(ji)術均能(neng)保證微(wei)通(tong)道(dao)內(nei)流(liu)體流(liu)動(dong)的(de)穩定(ding)性(xing)。將兩(liang)種(zhong)器(qi)件用(yong)於(yu)段塞(sai)流(liu)的(de)檢測(ce)，PDMS器件(jian)柔(rou)性(xing)比較(jiao)大，居(ju)中(zhong)對(dui)準兩(liang)根(gen)光(guang)纖(xian)比較(jiao)困(kun)難，觀(guan)測(ce)數據(ju)的(de)變(bian)化比較(jiao)大；HTL器(qi)件(jian)的(de)剛(gang)性(xing)比較(jiao)好(hao)，觀(guan)測(ce)數據(ju)的(de)分(fen)散性(xing)遠(yuan)小於(yu)PDMS器(qi)件。然(ran)而(er)，HTL樹(shu)脂(zhi)的(de)透光(guang)性(xing)不如(ru)PDMS，檢測(ce)性(xing)能(neng)相(xiang)對(dui)較(jiao)低。因(yin)此(ci)，基於(yu)PμSL 3D打(da)印(yin)技(ji)術，結合(he)透光(guang)性(xing)良(liang)好(hao)的(de)3D打(da)印(yin)樹(shu)脂(zhi)材料的(de)開(kai)發，可(ke)以(yi)推(tui)進微(wei)流(liu)控芯(xin)片的(de)研(yan)究(jiu)。該(gai)研(yan)究(jiu)成果(guo)為(wei)微(wei)流(liu)控芯(xin)片的(de)制(zhi)造(zao)提(ti)供(gong)了(le)新(xin)思(si)路，以“Projection micro-stereolithography versus master-slave approach to manufacture a micro-optofluidic device for slug flow detection"為(wei)題發表(biao)在(zai)The International Journal of Advanced Manufacturing Technology上(shang)。