芯片上的實驗室，3D打印做了些啥？

芯片上的實驗室-微流控芯片技術(Microfluidics)是把生物、化學、醫(yī)學分析過程的樣品制備、反應、分離、檢測等基本操作單元集成到一塊微米尺度的芯片上， 自動完成分析全過程。由于它在生物、化學、醫(yī)學等領域的巨大潛力，已經發(fā)展成為一個生物、化學、醫(yī)學、流體、電子、材料、機械等學科交叉的嶄新研究領域。

需要強注意的是目前媒體普遍認為的生物芯片（micro-arrays），如，基因芯片、蛋白質芯片等只是微流量為零的點陣列型雜交芯片，功能非常有限，屬于微流控芯片的特殊類型，微流控芯片具有更廣泛的類型、功能與用途。

微流控芯片具有液體流動可控、消耗試樣和試劑極少、分析速度成十倍上百倍地提高等特點,它可以在幾分鐘甚至更短的時間內進行上百個樣品的同時分析,并且可以在線實現樣品的預處理及分析全過程。3D打印的一個技術趨勢是走向微小，本期，3D科學谷與谷友一起來盤點下3D打印在微流控芯片技術領域做了些啥？

芯片上的微型實驗室

3D打印基于毛細驅動的微流控芯片
浙江大學賀永及其研究團隊提出了一種基于毛細驅動的3D打印微流控芯片（μ3DPADs），其無泵驅動的特點與現有的紙基微流控芯片（Paper-Based Microfluidic Analytical Devices，μPADs）類似。

對于紙基微流控芯片來說，毛細驅動的優(yōu)點是不需要外界泵驅動，體積小，成本低，非常適合于Point-of-Care（POC）系統(tǒng)等資源緊缺的應用場合。但毛細驅動的缺點是流動場都被動的由毛細力控制，無法實現復雜的流動控制及流場的可編程。通過3D打印可以將2D的紙基微流控芯片擴展到3D尺度。維數的增大帶來的優(yōu)勢是我們可通過調控其流道深度來實現流速的可控（流場的可編程）。

一系列的實驗證實該芯片可以是目前2D紙基微流控芯片的有效補充，該芯片適合于希望以無驅方式簡化流體驅動的同時又希望能實現一些復雜的流動控制。

Dolomite打印微流控芯片的3D打印機
Dolomite是一家世界級微流控創(chuàng)新公司。2016年3月15日，Dolomite在西班牙馬德里發(fā)布了一臺創(chuàng)新型3D打印設備Fluidic Factory，它可以用于微流控和芯片實驗室的3D打印。

Fluidic Factory是全球第一臺可以打印流體密封裝置的商用3D打印機，能夠提供快速、簡便、可靠的打印服務，每片芯片的打印成本僅需1美元。所用3D打印材料是經美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）批準的一種堅固且半透明的材料，名為環(huán)烯烴共聚物（COC），對3D打印設備而言，這種材料容易獲取而且價格便宜，幾乎適用于所有應用。

Fluidic Factory的設計易于使用，可以讓流體密封裝置快速成型，如芯片、傳感器分析盒、流管、閥、連接器和醫(yī)療器械。它所配備的智能軟件和創(chuàng)新型硬件確保了流道的密閉性，并允許用戶創(chuàng)建精確的幾何通道和多樣化的功能，這對刻蝕、壓印、注塑和機械加工技術而言是不可能完成的任務。

用戶可以從Fluidic Factory的設計庫中選擇現有的設計，或使用任何CAD軟件來創(chuàng)造并打印獨一無二的芯片。因為設計完全靈活，Fluidic Factory具有非常廣泛的應用，包括器官芯片、即時診斷、藥物研發(fā)、教育、化學合成和分析以及生物醫(yī)學測定等領域。

此外，Optomec氣溶膠噴射技術可3D打印微米級智能結構，該技術將應用于電子和生物醫(yī)藥行業(yè)，在開發(fā)成本更低、尺寸更小的下一代產品方面擁有巨大的應用前景。

3D打印結合微流控芯片加速藥物檢測
弗吉尼亞理工大學-維克森林大學生物醫(yī)學工程學院和科學研究所以及再生醫(yī)學機構的助理教授Aleksander Skardal博士和Adam R Hall博士通過3D打印結合微流控芯片加速藥物檢測。

具體來說，科學家們建立了一個三維裝置，將肝細胞包圍在一個可以模仿ECM的生物聚合物中。肝細胞被UV交聯水凝膠溶液混合在一起，放入裝置內，實施定域光聚合技術，在原位生成組織結構。使用水凝膠是因為它能“特殊模仿自然ECM的特性，”根據研究顯示。該結構在裝置內可保持7天穩(wěn)定。

研究人員隨后用0-500mM的乙醇，與上述結構混合進行毒理學分析。研究人員發(fā)現，乙醇的量對細胞活力有系統(tǒng)的影響。此外，對肝功能的分析評估表明，增加乙醇暴露后，人體血清白蛋白和尿素的輸出量有顯著減少。

除了弗吉尼亞理工大學-維克森林大學，在微流控芯片領域活躍的科研機構不在少數。美國康涅狄格大學等機構的科學家在Towards Single-Step Biofabrication of Organs on a Chip via 3D Printing（通過3D打印技術進行器官生物芯片的一步制造）一文中描述到，傳統(tǒng)的微流控芯片制造技術是勞動密集型的產業(yè)，不利于實驗室進行芯片設計的快速迭代和快速制造。將3D打印技術用于制造微流控生物芯片則可以在幾個小時內實現微型流體通道的快速制造，有利于設計的快速迭代，提高了基于微流控研究的跨學科性，并加速創(chuàng)新。

生物3D打印技術在制造復雜3D人體組織結構方面具有潛力。微流控系統(tǒng)可以為3D 組織提供營養(yǎng)、氧氣和生長因子。未來，先進的生物3D打印機不僅可以打印微流控平臺，還可以同時在微流控平臺中直接打印出定制化的微觀人體組織，請關注南極熊3d打印網。

來源：3d科學谷
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