郑大学者提出多模态打印是发展趋势，为微流控器件提供系统指南

　　微流控芯片制造技术从半导体微纳制造技术衍生而来。经过几十年的发展，已经成为一个独立且重要的学科分支，在生物、化学、医疗、和药品等领域的研究和应用发挥了关键性的推动作用。

　　近年来，3D 打印微流控领域发展迅速，但是该领域学科结构尚不清晰，并且文献方面缺乏及时归纳梳理，缺少为研究者提供参考和指导的“全局式地图”。

　　受 Lab on a Chip 期刊邀请，郑州大学引进人才、河南省“中原英才”计划入选者苏瑞涛（https://suruitao.github.io）等人撰写了 3D 打印微流控领域的综述论文《3D 打印微流体技术：在策略、集成和应用方面的进展》（3D printed microfluidics：advances in strategies, integration, and applications）[1]。

　　他们对 3D 打印微流控领域过去五年的进展，和未来发展的可能方向进行梳理总结。通过综述中批判性的预测，为研究者们对于规划 3D 打印的技术路线等方面提供了系统性指南。

　　审稿人指出，这篇综述覆盖面非常广，并对其新颖性和批判性给予一致好评，认为在众多同类综述文章中能够“脱颖而出”。

　　

　　图丨相关论文（来源：Lab on a Chip）

　　苏瑞涛为该论文第一作者，美国明尼苏达大学教授迈克尔·C·麦卡平（Michael C. McAlpine）为论文通讯作者。

　　总体来看，这篇综述具有很强的综合性和时效性，研究了通过采用新材料或设计方案实现的 3D 打印策略的最新进展，这些策略促进了 3D 打印微流体和相关应用的结构和功能集成。

　　根据综述内容，苏瑞涛等人详细地介绍了三种常用的微流打印方法的最新进展：墨水直写、立体光刻、材料喷印，并新增了一种最近被应用于微流控器件的打印方法——激光直写。

　　值得关注的是，文中重点介绍了墨水直写在贴合性微流芯片制造方面的潜力，以及体积光刻作为新兴的微流控打印技术所展现的高效率制造能力。

　　

　　图丨示例显示了高度层流和微流体的表面体积比（来源：Lab on a Chip）

　　此外，新型结构的集成策略部分首次被作为独立单元讨论，以突出该部分的重要性。“多数综述没有明确地点出集成策略的重要性，而是与打印技术以及器件制造融合在一起。但是，根据我们的研究体会和文献调研发现，结构的集成策略是桥接打印方法和器件功能最关键的一环。”苏瑞涛说道。

　　近十年来，多种 3D 打印技术的进展为微流控芯片的制造提供了全新的技术平台和机遇。例如，最新的研究表明，可以根据基底形态定制三维打印路径，实现贴合于目标基底的原位自动化打印，通过墨水的实时交联增加界面键合强度。

　　另一方面，3D 打印的微流控芯片面临管道精度有限，墨水的生物兼容性和机械弹性有待提高等挑战。苏瑞涛指出，虽然可打印材料性能和打印机理的发展逐渐缓解了这些问题，但是，要达到软光刻微流控芯片的性能，诸多技术难点仍然有待突破。

　　3D 打印微流控与微传感阵列的无缝集成，是完全 3D 打印并封装生化传感器最有前途的发展模式之一。然而，实现该目标仍然存在一些技术问题。

　　该论文中提到，例如为了提高微流体特征的分辨率以匹配微传感阵列的分辨率，目前可以通过借助计算机视觉以自动识别和对齐基底特征，并通过 3D 打印功能化传感阵列而减少微流器件和基底的错位概率。

　　

　　图丨3D 打印微流体与微传感阵列的集成（来源：Lab on a Chip）

　　苏瑞涛认为，3D 打印的微流控器件将逐渐取代软光刻的方法，并且，结合现有打印方法的优点，可兼顾制造效率和结构分辨率的打印方式——多种打印方法集成而形成“多模态打印”是发展的趋势。

　　另一方面，3D 打印的器件设计必然会与人工智能等计算方法相结合，以高效地筛选出具有较高可打印性的设计空间。

　　他表示：“我们在前期做了大量的文献调研工作，在归纳总结并整理思路的基础上，文章的整体画面逐渐成型，而我也对各领域形成了独特的观点，这也让我很有成就感。”

　　

　　图丨苏瑞涛（来源：苏瑞涛）

　　苏瑞涛的本科至博士阶段，分别在华中科技大学、美国辛辛那提大学、明尼苏达大学学习。之后，他在麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室进行博士后研究（DeepTech 此前报道：MIT博士后研发世界第一块全3D打印OLED屏幕，每个像素点都成功发光，并能显示任意设计的文字或图像）。

　　最近，他加入郑州大学机械与动力工程学院，目前课题组正在筹建中。未来，他将继续探究在 3D 打印功能材料中微观薄结构的控制和优化，及其在功能器件制造中的基础性作用。

　　参考资料：

　　1.Ruitao Su et al. Lab on a Chip (2023). https://doi.org/10.1039/D2LC01177H

　　运营/排版：何晨龙

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