CN115254215A - 一种基于3d打印装置的微流控芯片制备方法 - Google Patents
一种基于3d打印装置的微流控芯片制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115254215A CN115254215A CN202210852646.7A CN202210852646A CN115254215A CN 115254215 A CN115254215 A CN 115254215A CN 202210852646 A CN202210852646 A CN 202210852646A CN 115254215 A CN115254215 A CN 115254215A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- micro
- chip
- microfluidic chip
- microfluidic
- printing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 46
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 36
- 238000013461 design Methods 0.000 claims abstract description 23
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims abstract description 12
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims abstract description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 15
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 14
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 12
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 claims description 11
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 10
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 10
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 9
- 238000007639 printing Methods 0.000 claims description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 9
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 8
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 7
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims description 7
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 6
- 230000002572 peristaltic effect Effects 0.000 claims description 6
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 claims description 6
- 239000000376 reactant Substances 0.000 claims description 5
- 235000010410 calcium alginate Nutrition 0.000 claims description 4
- 229960002681 calcium alginate Drugs 0.000 claims description 4
- 239000000648 calcium alginate Substances 0.000 claims description 4
- OKHHGHGGPDJQHR-YMOPUZKJSA-L calcium;(2s,3s,4s,5s,6r)-6-[(2r,3s,4r,5s,6r)-2-carboxy-6-[(2r,3s,4r,5s,6r)-2-carboxylato-4,5,6-trihydroxyoxan-3-yl]oxy-4,5-dihydroxyoxan-3-yl]oxy-3,4,5-trihydroxyoxane-2-carboxylate Chemical compound [Ca+2].O[C@@H]1[C@H](O)[C@H](O)O[C@@H](C([O-])=O)[C@H]1O[C@H]1[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O[C@H]2[C@H]([C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O2)C([O-])=O)O)[C@H](C(O)=O)O1 OKHHGHGGPDJQHR-YMOPUZKJSA-L 0.000 claims description 4
- 239000008157 edible vegetable oil Substances 0.000 claims description 4
- 238000011160 research Methods 0.000 claims description 4
- 235000019484 Rapeseed oil Nutrition 0.000 claims description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 3
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 3
- 239000003921 oil Substances 0.000 claims description 3
- 235000019198 oils Nutrition 0.000 claims description 3
- 238000009877 rendering Methods 0.000 claims description 3
- 238000007514 turning Methods 0.000 claims description 3
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 claims description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 7
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 4
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 description 4
- 235000013870 dimethyl polysiloxane Nutrition 0.000 description 4
- CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N octamethyltrisiloxane Chemical compound C[Si](C)(C)O[Si](C)(C)O[Si](C)(C)C CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004987 plasma desorption mass spectroscopy Methods 0.000 description 4
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 description 4
- 238000002174 soft lithography Methods 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 2
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- -1 electronics Substances 0.000 description 1
- 238000005370 electroosmosis Methods 0.000 description 1
- 238000004049 embossing Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000007730 finishing process Methods 0.000 description 1
- 238000001506 fluorescence spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 238000005459 micromachining Methods 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 230000003362 replicative effect Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
- B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
- B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
- B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
- B01L3/502707—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by the manufacture of the container or its components
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
- B29C64/10—Processes of additive manufacturing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
- B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
- B29C64/386—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
- B29C64/40—Structures for supporting 3D objects during manufacture and intended to be sacrificed after completion thereof
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Hematology (AREA)
- Clinical Laboratory Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
Abstract
本发明涉及微流控芯片技术领域，并公开了一种基于3D打印装置的微流控芯片制备方法，包括以下步骤：S1、材料、试剂、仪器与软件的准备；S2、微流控芯片设计图的绘制；S3、COMSOL仿真；S4、3D打印制备微流控芯片；S5、微流控芯片的清洗；S6、借助仿真计算扩散效率指导微流控芯片的设计。本发明创新性地使用3D打印的方法制备中央水流结构的微流控芯片，这一设计是中央水流为离子交联提供缓冲带，反应离子通过扩散的方式实现混合，使得反应有序地进行。
Description
技术领域
本发明涉及微流控芯片技术领域，尤其涉及一种基于3D打印装置的微流控芯片制备方法。
背景技术
微流控芯片技术是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，自动完成分析全过程，由于它在生物、化学、医学等领域的巨大潜力，已经发展成为一个生物、化学、医学、流体、电子、材料、机械等学科交叉的崭新研究领域，
微流控技术，一种在至少有一个维度(如深度或宽度等)是微米尺寸的装置里，完成材料合成、试剂分析等过程的技术，微流控技术的一个明显特征是微通道内的流体主要受粘滞力控制，而非惯性力，与传统方法相比，微流控技术合成微/纳米粒子具有众多优点，首先，与微流控工艺相比，常规的间歇法具有浓度梯度高、传质/传热效率低的缺点，导致合成过程中，很难将试剂控制在大体积的溶液中；此外，由于微/纳米粒子逐步积累过程中，容易对材料的合成造成影响，因此传统方法很难获得大量具有相同结构或性能的微/纳米材料，然而，微流控方法具有微小的尺度，其浓度梯度较低，传质/传质效率较高，微流控技术具有平行堆积法而不是逐步堆积法的优点，从而可以精确地控制材料合成过程中各阶段的反应动力学参数，此外，相较于传统方法，小型化设计的微流控芯片将产生更少的废物。
目前用于微流控芯片加工的材料主要包括单晶硅片、玻璃、石英和各种有机聚合物等，硅具有良好的化学惰性和热稳定性，但却存在着易碎、价格偏高、不透光等缺点，因此在微流控芯片的应用中受到限制；玻璃和石英材料虽然具有很好的电渗性质和光学性质，可采用标准的蚀刻工艺加工，但加工成本较高，封接难度较大。近年来，PDMS等聚合物材料因其具有成本低，化学性质稳定，加入固化剂后易制得具有模具结构的微流道，同时便于加工和封装，正逐渐成为应用最广泛的聚合物材料；20世纪90年代末产生了一种新的微图形复制技术，该技术用弹性模代替了光刻中使用的硬模产生微形状和微结构，被称为软光刻技术，后来，软光刻泛指非传统光刻工艺制作阳模的工艺。软光刻工艺是一类将为图形转印到一个基底表面上的工艺集合，软光刻的关键是制备弹性模印章，但这种工艺十分依赖光刻类微加工，要获得所需的微通道，需要首先利用光刻工艺构建出相应图形的阳模或模板，通过浇铸可固化的聚合物，或者通过热压膜或压纹工艺，使该聚合物的表面图形化。软光刻技术制备PDMS微流控芯片阳模的方法主要包括：精密机械加工法、掩模光刻法、激光直接成型法、光刻掩模液膜法、打印掩模液模法、固体印刷法、石墨打印法、打印收缩法、刻蚀铜板模具法、石蜡打印法、微喷射液膜法。但是这些方法仍有许多局限性，存在着制备过程繁琐、设备成本高等问题。例如精密机械加工法需要昂贵的精密加工设备，同时转印过程中高聚物与铝材结合面容易变形。激光直接成型法需要昂贵的飞秒激光器，并且难以实现大面积的PDMS微结构制作。以石墨打印法制备PDMS阳模的方法中存在着微流道边缘与表面较粗糙的缺点。微喷射液膜法制备的微流控芯片存在基底需要进行亲水处理的复杂步骤，同时微流控芯片液体阳模只能利用一次，无法多次使用。
所以，需要设计一种基于3D打印装置的微流控芯片制备方法来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种基于3D打印装置的微流控芯片制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种基于3D打印装置的微流控芯片制备方法，包括以下步骤：
S1、材料、试剂、仪器与软件的准备：
制备前，准备试剂：菜籽油、36％浓度的乙酸试剂与TritonX-100试剂；
准备材料：软管(0.5mm*1mm)与塑料镊子；
准备仪器：便携式计算机、恒流泵、超纯水器、超声清洗机与烘箱；
准备软件：SOLIDWORKS、COMSOLMultiphysics、OriginPro与MATLAB。
S2、微流控芯片设计图的绘制：
使用SOLIDWORKS专业绘图软件绘制微流控芯片的设计图。
S3、COMSOL仿真：
选择COMSOLMultiphysics软件对微通道进行仿真，该软件是一个多物理场仿真软件，可以对多个物理场进行同时仿真，主要研究了层流和稀物质传递，两种物理场，层流表现流体在通道内的速度变化，稀物质传递表现反应物离子在微通道中的浓度变化。
S4、3D打印制备微流控芯片：
在Solidworks软件中设计好三维模型图后,将其转换为标准的3D打印文件格式，即标准三角语言，STL文件通过三角剖分来描述三维模型的表面几何形状，三角剖分的数量决定了三维数字模型的分辨率，在打印之前，STL文件需要将模型转换成一系列的薄层，生成一个G-code文件，即特定3D打印机的指令文件，最终实现微流控芯片的3D打印制备。
S5、微流控芯片的清洗：
3D打印制备得到的微流控芯片以石蜡为支撑材料，支撑材料将覆盖在微流控芯片表面，并堵住通道，利用石蜡易溶于热油的特性对微流控芯片进行清洗，微流控芯片的清洗分为外部支撑材料的去除和内部支撑材料的去除。
S6、借助仿真计算扩散效率指导微流控芯片的设计：
(1)调控参数：微流控技术高度的可控性原因之一在于具有多种多样的调控参数，将这些调控参数分为微流控芯片结构类调控参数和非结构类调控参数，结构类调控参数是指改变芯片的形状、尺寸等，包括微流控通道的长度、深度、宽度和出口结构等，非结构类调控参数包括入口流量比、通道内总流量和材料的浓度比；
(2)影响因素：调控参数作为主动控制因素，起着控制产物性能的作用，这些调控参数是通过一系列影响因素间接影响着产物的性能的，通过研究调控参数对影响因素的作用情况，有助于更好地理解海藻酸钙的合成过程。这些影响因素包括混合效率、扩散效率、滞留时间、离子的扩散速度、滞留时间、混合时间、速度场、浓度场和交联时间；
(3)对结构类调控参数的调控：结构类调控参数包括芯片长度、宽度、深度以及出口形状。
作为本发明的一种优选技术方案，微流控芯片设计图的绘制的具体方法如下：
S1、新建零件后，选择基准面，根据微流控芯片的不同平面绘制二维草图；
S2、对不同基准面上的二维草图进行拉伸、切除等操作；
S3、对微流控芯片零件图进行渲染等操作；
S4、得到的微通道设计图用于仿真，绘制的微流控芯片设计图用于3D打印。
作为本发明的一种优选技术方案，微流控芯片的清洗的具体方法如下：
S1、去除外部支撑材料；
S2、将微流控芯片放置在3层报纸上，置于烘箱内；
S3、70℃加热30分钟；
S4、加热的同时，准备好65℃热的超纯水；
S5、等待外部石蜡融化；
S6、用镊子取出放入热水中；
S7、清洗内部支撑材料；
S8、借助蠕动泵，缓慢将75"C食用油导入微流控芯片通道；
S9、当清洗一个出口时，堵住其他几个出口，每个出口清洗15-30分钟；
S10、关掉加热器和蠕动泵，用超纯水清洗微流控芯片内部通道1小时以上，直到没有油状液滴出现；
S11、吹干微流控芯片。
本发明创新性地使用3D打印的方法制备中央水流结构的微流控芯片，这一设计是中央水流为离子交联提供缓冲带，反应离子通过扩散的方式实现混合，使得反应有序地进行。同时，本发明创新性地增加出口分流结构，起到分离未反应离子的作用。其次，借助COMSOL Multiphysics软件的仿真，对芯片的浓度场和速度场进行研究。由于较慢的扩散速率，将带来较慢的反应速率和离子交联速率，最终可以得到更有秩序的交联过程，在一定的范围内，芯片的深度越小，扩散越慢，宽度越大，扩散越慢，在利用微流控平台制备海藻酸钙为凝胶的调控参数分为结构参数和非结构参数，其中，结构参数包括微流控芯片的长度、宽度、深度、出口形状等，非结构参数包括反应物浓度、流体在通道内的总流量以及反应物在入口处的流量比等。在调控的过程中，这些调控参数会通过速度场或者浓度场间接控制影响因素。其中，所述影响因素包括混合效率、扩散效率、滞留时间、混合时间、速度场分布、浓度场分布以及交联速率等。最后，通过3D打印技术制备出微流控芯片，微流控芯片的通道内部和外部被支撑材料填充，通过热的食用油将填充物石蜡清洗干净。最后，通过荧光实验验证了微流控通道可以以层流方式通过扩散机制混。
附图说明
图1为本发明提出的一种基于3D打印装置的微流控芯片制备方法的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参照图1，一种基于3D打印装置的微流控芯片制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、材料、试剂、仪器与软件的准备：
制备前，准备试剂：菜籽油、36％浓度的乙酸试剂与TritonX-100试剂；
准备材料：软管(0.5mm*1mm)与塑料镊子；
准备仪器：便携式计算机、恒流泵、超纯水器、超声清洗机与烘箱；
准备软件：SOLIDWORKS、COMSOLMultiphysics、OriginPro与MATLAB。
S2、微流控芯片设计图的绘制：
使用SOLIDWORKS专业绘图软件绘制微流控芯片的设计图。
S3、COMSOL仿真：
选择COMSOLMultiphysics软件对微通道进行仿真，该软件是一个多物理场仿真软件，可以对多个物理场进行同时仿真，主要研究了层流和稀物质传递，两种物理场，层流表现流体在通道内的速度变化，稀物质传递表现反应物离子在微通道中的浓度变化。
S4、3D打印制备微流控芯片：
在Solidworks软件中设计好三维模型图后,将其转换为标准的3D打印文件格式，即标准三角语言，STL文件通过三角剖分来描述三维模型的表面几何形状，三角剖分的数量决定了三维数字模型的分辨率，在打印之前，STL文件需要将模型转换成一系列的薄层，生成一个G-code文件，即特定3D打印机的指令文件，最终实现微流控芯片的3D打印制备。
S5、微流控芯片的清洗：
3D打印制备得到的微流控芯片以石蜡为支撑材料，支撑材料将覆盖在微流控芯片表面，并堵住通道，利用石蜡易溶于热油的特性对微流控芯片进行清洗，微流控芯片的清洗分为外部支撑材料的去除和内部支撑材料的去除。
S6、借助仿真计算扩散效率指导微流控芯片的设计：
(1)调控参数：微流控技术高度的可控性原因之一在于具有多种多样的调控参数，将这些调控参数分为微流控芯片结构类调控参数和非结构类调控参数，结构类调控参数是指改变芯片的形状、尺寸等，包括微流控通道的长度、深度、宽度和出口结构等，非结构类调控参数包括入口流量比、通道内总流量和材料的浓度比；
(2)影响因素：调控参数作为主动控制因素，起着控制产物性能的作用，这些调控参数是通过一系列影响因素间接影响着产物的性能的，通过研究调控参数对影响因素的作用情况，有助于更好地理解海藻酸钙的合成过程。这些影响因素包括混合效率、扩散效率、滞留时间、离子的扩散速度、滞留时间、混合时间、速度场、浓度场和交联时间；
(3)对结构类调控参数的调控：结构类调控参数包括芯片长度、宽度、深度以及出口形状。
参照图1，一种基于3D打印装置的微流控芯片制备方法，其特征在于，微流控芯片设计图的绘制的具体方法如下：
S1、新建零件后，选择基准面，根据微流控芯片的不同平面绘制二维草图；
S2、对不同基准面上的二维草图进行拉伸、切除等操作；
S3、对微流控芯片零件图进行渲染等操作；
S4、得到的微通道设计图用于仿真，绘制的微流控芯片设计图用于3D打印。
参照图1，一种基于3D打印装置的微流控芯片制备方法，其特征在于，微流控芯片的清洗的具体方法如下：
S1、去除外部支撑材料；
S2、将微流控芯片放置在3层报纸上，置于烘箱内；
S3、70℃加热30分钟；
S4、加热的同时，准备好65℃热的超纯水；
S5、等待外部石蜡融化；
S6、用镊子取出放入热水中；
S7、清洗内部支撑材料；
S8、借助蠕动泵，缓慢将75"C食用油导入微流控芯片通道；
S9、当清洗一个出口时，堵住其他几个出口，每个出口清洗15-30分钟；
S10、关掉加热器和蠕动泵，用超纯水清洗微流控芯片内部通道1小时以上，直到没有油状液滴出现；
S11、吹干微流控芯片。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种基于3D打印装置的微流控芯片制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、材料、试剂、仪器与软件的准备：
制备前，准备试剂：菜籽油、36％浓度的乙酸试剂与TritonX-100试剂；
准备材料：软管(0.5mm*1mm)与塑料镊子；
准备仪器：便携式计算机、恒流泵、超纯水器、超声清洗机与烘箱；
准备软件：SOLIDWORKS、COMSOLMultiphysics、OriginPro与MATLAB。
S2、微流控芯片设计图的绘制：
使用SOLIDWORKS专业绘图软件绘制微流控芯片的设计图。
S3、COMSOL仿真：
选择COMSOLMultiphysics软件对微通道进行仿真，该软件是一个多物理场仿真软件，可以对多个物理场进行同时仿真，主要研究了层流和稀物质传递，两种物理场，层流表现流体在通道内的速度变化，稀物质传递表现反应物离子在微通道中的浓度变化。
S4、3D打印制备微流控芯片：
在Solidworks软件中设计好三维模型图后,将其转换为标准的3D打印文件格式，即标准三角语言，STL文件通过三角剖分来描述三维模型的表面几何形状，三角剖分的数量决定了三维数字模型的分辨率，在打印之前，STL文件需要将模型转换成一系列的薄层，生成一个G-code文件，即特定3D打印机的指令文件，最终实现微流控芯片的3D打印制备。
S5、微流控芯片的清洗：
3D打印制备得到的微流控芯片以石蜡为支撑材料，支撑材料将覆盖在微流控芯片表面，并堵住通道，利用石蜡易溶于热油的特性对微流控芯片进行清洗，微流控芯片的清洗分为外部支撑材料的去除和内部支撑材料的去除。
S6、借助仿真计算扩散效率指导微流控芯片的设计：
(1)调控参数：微流控技术高度的可控性原因之一在于具有多种多样的调控参数，将这些调控参数分为微流控芯片结构类调控参数和非结构类调控参数，结构类调控参数是指改变芯片的形状、尺寸等，包括微流控通道的长度、深度、宽度和出口结构等，非结构类调控参数包括入口流量比、通道内总流量和材料的浓度比；
(2)影响因素：调控参数作为主动控制因素，起着控制产物性能的作用，这些调控参数是通过一系列影响因素间接影响着产物的性能的，通过研究调控参数对影响因素的作用情况，有助于更好地理解海藻酸钙的合成过程。这些影响因素包括混合效率、扩散效率、滞留时间、离子的扩散速度、滞留时间、混合时间、速度场、浓度场和交联时间；
(3)对结构类调控参数的调控：结构类调控参数包括芯片长度、宽度、深度以及出口形状。
2.根据权利要求1所述的一种基于3D打印装置的微流控芯片制备方法，其特征在于，所述微流控芯片设计图的绘制的具体方法如下：
S1、新建零件后，选择基准面，根据微流控芯片的不同平面绘制二维草图；
S2、对不同基准面上的二维草图进行拉伸、切除等操作；
S3、对微流控芯片零件图进行渲染等操作；
S4、得到的微通道设计图用于仿真，绘制的微流控芯片设计图用于3D打印。
3.根据权利要求1所述的一种基于3D打印装置的微流控芯片制备方法，其特征在于，所述微流控芯片的清洗的具体方法如下：
S1、去除外部支撑材料；
S2、将微流控芯片放置在3层报纸上，置于烘箱内；
S3、70℃加热30分钟；
S4、加热的同时，准备好65℃热的超纯水；
S5、等待外部石蜡融化；
S6、用镊子取出放入热水中；
S7、清洗内部支撑材料；
S8、借助蠕动泵，缓慢将75"C食用油导入微流控芯片通道；
S9、当清洗一个出口时，堵住其他几个出口，每个出口清洗15-30分钟；
S10、关掉加热器和蠕动泵，用超纯水清洗微流控芯片内部通道1小时以上，直到没有油状液滴出现；
S11、吹干微流控芯片。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210852646.7A CN115254215A (zh) | 2022-07-19 | 2022-07-19 | 一种基于3d打印装置的微流控芯片制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210852646.7A CN115254215A (zh) | 2022-07-19 | 2022-07-19 | 一种基于3d打印装置的微流控芯片制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115254215A true CN115254215A (zh) | 2022-11-01 |
Family
ID=83767733
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210852646.7A Withdrawn CN115254215A (zh) | 2022-07-19 | 2022-07-19 | 一种基于3d打印装置的微流控芯片制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115254215A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024159650A1 (zh) * | 2023-02-01 | 2024-08-08 | 上海前瞻创新研究院有限公司 | 一种3d打印树脂基翻转式芯片 |
-
2022
- 2022-07-19 CN CN202210852646.7A patent/CN115254215A/zh not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024159650A1 (zh) * | 2023-02-01 | 2024-08-08 | 上海前瞻创新研究院有限公司 | 一种3d打印树脂基翻转式芯片 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5684985B2 (ja) | 光補助および／または熱補助された印刷によるマイクロ流体ポリマーデバイスの製造 | |
| Beebe et al. | Passive mixing in microchannels: Fabrication and flow experiments | |
| CN107305214B (zh) | 一种硬质微流体芯片的制作方法 | |
| Olmos et al. | Epoxy resin mold and PDMS microfluidic devices through photopolymer flexographic printing plate | |
| Silverio et al. | Microfabrication techniques for microfluidic devices | |
| CN108097338B (zh) | 一种基于纳米结构之间纳米缝隙的微-纳流控芯片及其制备方法 | |
| CN105277724B (zh) | 一种微流控芯片装置及其制备方法 | |
| CN104191548B (zh) | 一种透明胶带雕刻微流控芯片模具的快速制备方法 | |
| CN103920544A (zh) | 一种pdms微流控芯片制备方法 | |
| CN104998702A (zh) | 一种基于液体模塑法的pdms微流控芯片制备方法 | |
| CN115254215A (zh) | 一种基于3d打印装置的微流控芯片制备方法 | |
| CN107876111A (zh) | 一种基于pdms正压驱动的微液滴生成芯片及制作方法 | |
| Dey et al. | Microstructuring of SU-8 resist for MEMS and bio-applications | |
| CN106669556A (zh) | 一种利用变换微流控通道制备毫米级颗粒的方法 | |
| CN113083386B (zh) | 一种液样简便、快速离散化芯片及其使用方法 | |
| CN104923324A (zh) | 一种基于光敏树脂固化成型的pdms微流控芯片制备方法 | |
| Cardoso et al. | Introduction to microfabrication techniques for microfluidics devices | |
| CN108246187A (zh) | 一种微流体芯片生产乳液或者气泡的方法 | |
| CN113318798B (zh) | 一种用于液滴无损失捕获的微柱阵列微流控芯片及其制备方法和应用 | |
| CN106238113B (zh) | 一种微流控芯片及其制作工艺 | |
| Yongjin et al. | Recent advances of numbering-up technology of micro-dispersion devices | |
| CN115463626A (zh) | 亲疏水图案化基底环流微通道反应器及其制备方法 | |
| CN107790201A (zh) | 一种利用简易热压工艺在玻璃上制备微流控通道的方法 | |
| DE102013203829A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung beidseitig mikrostrukturierter Verbundfolien | |
| Sun et al. | Fabrication of PDMS chips by laser engraving for protein enrichments |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20221101 |
|
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |