晶片上的實驗室，3D列印做了些啥？

晶片上的實驗室-微流控晶片技術(Microfluidics)是把生物、化學、醫學分析過程的樣品製備、反應、分離、檢測等基本操作單元集成到一塊微米尺度的晶片上， 自動完成分析全過程。

由於它在生物、化學、醫學等領域的巨大潛力，已經發展成為一個生物、化學、醫學、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晶片（micro-arrays），如，基因晶片、蛋白質晶片等只是微流量為零的點陣列型雜交晶片，功能非常有限，屬於微流控晶片的特殊類型，微流控晶片具有更廣泛的類型、功能與用途。

微流控晶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,並且可以在線實現樣品的預處理及分析全過程。

3D列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列印在微流控晶片技術領域做了些啥？

晶片上的微型實驗室

3D列印基於毛細驅動的微流控晶片

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

對於紙基微流控晶片來說，毛細驅動的優點是不需要外界泵驅動，體積小，成本低，非常適合於Point-of-Care（POC）系統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，無法實現複雜的流動控制及流場的可編程。

通過3D列印可以將2D的紙基微流控晶片擴展到3D尺度。

維數的增大帶來的優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晶片可以是目前2D紙基微流控晶片的有效補充，該晶片適合於希望以無驅方式簡化流體驅動的同時又希望能實現一些複雜的流動控制。

Dolomite列印微流控晶片的3D印表機

Dolomite是一家世界級微流控創新公司。

2016年3月15日，Dolomite在西班牙馬德里發布了一台創新型3D列印設備Fluidic Factory，它可以用於微流控和晶片實驗室的3D列印。

Fluidic Factory是全球第一台可以列印流體密封裝置的商用3D印表機，能夠提供快速、簡便、可靠的列印服務，每片晶片的列印成本僅需1美元。

所用3D列印材料是經美國食品藥品監督管理局（FDA）批准的一種堅固且半透明的材料，名為環烯烴共聚物（COC），對3D列印設備而言，這種材料容易獲取而且價格便宜，幾乎適用於所有應用。

Fluidic Factory的設計易於使用，可以讓流體密封裝置快速成型，如晶片、傳感器分析盒、流管、閥、連接器和醫療器械。

它所配備的智能軟體和創新型硬體確保了流道的密閉性，並允許用戶創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。

圖片：Fluidic Factory

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軟體來創造並列印獨一無二的晶片。

因為設計完全靈活，Fluidic Factory具有非常廣泛的應用，包括器官晶片、即時診斷、藥物研發、教育、化學合成和分析以及生物醫學測定等領域。

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

3D列印結合微流控晶片加速藥物檢測

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

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天穩定。

研究人員隨後用0-500mM的乙醇，與上述結構混合進行毒理學分析。

研究人員發現，乙醇的量對細胞活力有系統的影響。

此外，對肝功能的分析評估表明，增加乙醇暴露後，人體血清白蛋白和尿素的輸出量有顯著減少。

除了維吉尼亞理工大學-維克森林大學，在微流控晶片領域活躍的科研機構不在少數。

美國康乃狄克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列印技術進行器官生物晶片的一步製造）一文中描述到，傳統的微流控晶片製造技術是勞動密集型的產業，不利於實驗室進行晶片設計的快速疊代和快速製造。

將3D列印技術用於製造微流控生物晶片則可以在幾個小時內實現微型流體通道的快速製造，有利於設計的快速疊代，提高了基於微流控研究的跨學科性，並加速創新。

生物3D列印技術在製造複雜3D人體組織結構方面具有潛力。

微流控系統可以為3D 組織提供營養、氧氣和生長因子。

未來，先進的生物3D印表機不僅可以列印微流控平台，還可以同時在微流控平台中直接列印出定製化的微觀人體組織。

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