Специалисты, которые изучают 3D-печать лабораторий-на-чипе, давно пытаются понять взаимосвязь между технологиями, их производством и производительностью. В недавнем исследовании они решили разобраться, как же работают микросхемы полного анализа в зависимости от того, посредством какой технологии они напечатаны – PolyJet, FDM/FFF или SLA.
Для чего нужны лаборатории-на чипе?
Как правило, лаборатории-на-чипе (англ. – LOC) изготовляются в научных центрах. Они позволяют повысить эффективность программных продуктов в самых разнообразных областях, в том числе таких, как:
- ДНК и белковый анализ;
- медико-биологическая отрасль;
- химическая промышленность;
- контроль продовольственной безопасности.
Раньше лаборатории-на-чипе требовали достаточно больших финансовых вложений и обслуживания квалифицированными операторами. С появлением 3D-печати проектировать микросхемы полного анализа стало намного проще, а сама структура устройств вышла на совершенно новый уровень. Именно поэтому исследователи задумались о кросс-платформенном сравнении в отношении производства микроструйных чипов.
3D-печать лабораторий-на-чипе: опыт исследователей
Лаборатории-на-чипе отвечают за образование турбулентного потока и процессы внутри него (диффузию, хаотическую адвекцию). Ранее предполагалось, что наиболее эффективными являются микросхемы полного анализа, изготовленные посредством технологии SLA. Тем не менее, исследователи решили доказать это в ходе эксперимента. Они создали три опытных образца в виде Y-образных соединенных каналов. Они состояли из входа, основного канала и выхода. Ученые опробовали четыре разные скорости потока:
- 10 мм3 /мин
- 50 мм3 /мин
- 200 мм3 /мин
- 400 мм3 /мин
При использовании технологии SLA микрофлюидный чип получился гладким и прозрачным. Тем не менее, материалы для 3D-печати оказались труднодоступными и дорогостоящими. Поверхность чипа, изготовленного при помощи FDM-печати, оказалась менее гладкой, но с поиском необходимых материалов трудностей не возникло.
Что касается 3D-технологии PolyJet, то здесь точность результата оказалась выше, чем у SLA и FDM. Достаточно распространенный недостаток печати чипов на основе FDM заключается в том, что из-за растекания фотополимера по мере его экструзии размеры канала на готовом изделии могут отличаться от первоначальной CAD-модели.
3D-печать лабораторий-на-чипе: какая 3D-технология лучше?
В конечном итоге исследование показало, что все 3D-технологии подходят для изготовления микрофлюидных чипов. Как FDM, так и PolyJet продемонстрировали лучшие показатели при низких скоростях потока, тогда как продукция, напечатанная методом SLA, выдавала одинаково высокую производительность и на низких, и на высоких скоростях.
Как говорят специалисты, дальнейшие исследования взаимосвязи между микро- и макрогеометрией поверхности, скоростью потока, а также полнотой смешения должны осуществляться во время новых испытаний. По их словам, лаборатории-на-чипе – это прогрессивная концепция, которую важно изучать для развития микротехнологий, в том числе микрогидродинамики, микроминиатюризации, коммерционализации биопечати и создания новых систем.
