TWI731541B - 全透明三維流道的製作方法 - Google Patents

Abstract

一種全透明三維流道的製作方法，包括：S10：製作一模具；S20：將液態的一高分子撓性材料倒入該模具；S30：使該高分子撓性材料固化；S40：將該模具溶解；S50：取出該高分子撓性材料；S60：清除該高分子撓性材料中該模具的多個碎屑。

Description

全透明三維流道的製作方法

一種中空流道的製作方法，特別是一種三維中空流道的製作方法。

微流道晶片是醫學實驗上一個常用的研究工具，早期是使用平面式的微流道晶片進行實驗。惟近期經實研究指出，平面式微流道晶片未考量三維空間的影響，例如在三維人體環境中藥物傳輸的現象或相關在三度空間中的反應，導致在平面式微流道晶片上的實驗結果與臨床實驗結果有明顯差異，從而提高了臨床實驗的失敗機率。

有鑑於此，研究人員也提出了多種製作三維微流道晶片的方法。例如膜夾心法、穿孔膜法與PDMS轉移層法，這些方法原理均是使用PDMS薄膜堆疊來形成微流道，但實際上無法製作真正的三維微流道晶片。另也有使用非秒雷射技術直接製作三維微流道晶片，但是該技術的成本較高，難以普及於醫療實驗中。

3D列印則提供了不同的選擇，3D列印的技術進步可有效製作三維微流道晶片。然而，3D列印所製作的三維微流道晶片受限於材料，無法製作具有彈性及透明的三維微流道晶片。這使得3D列印所製作的三維微流道晶片無法觀測管內液體的流動狀態，無法驗證血液動力學與血管立體架構的關係，進一步導致實驗結論只能推論而無法驗證。

綜上所述，如何解決上述問題便是本領域具通常知識者值得去思量的。

本發明提供一種全透明三維流道的製作方法，是以模具澆鑄，並使用超音波震盪溶解模具，取得具有三維流道、透明且彈性的管路模型。

本發明提供一種全透明三維流道的製作方法，包括：S10：製作一模具；S20：將液態的一高分子撓性材料倒入該模具；S30：使該高分子撓性材料固化；S40：將該模具溶解；S50：取出該高分子撓性材料；及S60：清除該高分子撓性材料中該模具的多個碎屑。

上述之全透明三維流道的製作方法，其中，還包括：

S11：對該模具的表面進行拋光。

上述之全透明三維流道的製作方法，其中，在步驟S11中，是以一溶劑蒸氣噴灑於該模具上。

上述之全透明三維流道的製作方法，其中，該高分子撓性材料為聚二甲基矽氧烷或具生物相容性且可澆注的材料。

上述之全透明三維流道的製作方法，其中，在步驟S40中，是將該高分子撓性材料與該模具置於一溶解液體中，並對該溶解液體的一容器施予隔水加熱。

上述之全透明三維流道的製作方法，其中，在步驟S40中，是將該模具與該高分子撓性材料浸入溶解液體，使該模具溶解。

上述之全透明三維流道的製作方法，其中，在步驟S10中是以三維列印製作該模具。

上述之全透明三維流道的製作方法，其中，在步驟S60中，是對該高分子撓性材料施予超音波震盪來溶解並清除該模具的該碎屑。

上述之全透明三維流道的製作方法，其中，在步驟S30中，該高分子撓性材料是透過加熱固化。

S10~S60:流程圖步驟

100:模具

110:內模具

120:內表面

130:碎屑

200:高分子撓性材料

201:流道

300:模具

301:外模具

302:內模具

303:成型結構

304:料件輸入孔

310:碎屑

400:高分子撓性材料

401:突起結構

402:流道

圖1所繪示為本發明全透明三維流道的製作方法。

圖2A至圖2F所繪示為流程示意圖。

圖3A至圖3H所繪示為另一實施例全透明三維流道的製作方法。

圖4A與圖4B所繪示為不同的拋光方式。

本發明提供一種全透明三維流道的製作方法，能夠製作立體且具有彈性、透明的流道模型，可模擬人體血管環境，有利於醫療實驗使用。

請參閱圖1與圖2A至圖2F，圖1所繪示為本發明全透明三維流道的製作方法。圖2A至圖2F所繪示為流程示意圖。首先，製作一模具100(步驟S10，圖2A)。在本實施例中，模具100是使用三維列印技術所製成，模具100中包括一內結構110，內結構110即對應管道內部形狀的結構，其中模具100的材料為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物(ABS樹脂)。

在較佳實施例中，可先透過電腦斷層掃描病患，以取得血管或動脈瘤的模型，再根據血管或動脈瘤的模型設計模具100的形狀，使所製成的流道模型更貼近現實的血管或動脈瘤。

接著，將模具100拋光(步驟S11，圖2B)。拋光是使模具100的內表面120更加平滑，讓流道模型中的管道內側更為平順。在一實施例中，是使用化學蒸氣拋光法，也就是以噴灑化學溶劑的方式來拋光模具100的內表面120。該化學 溶劑例如為丙酮(Acetone)，是將丙銅溶液置於開放容器中加熱蒸發，並以對流風吹拂，將丙酮蒸氣吹向模具100，達到內表面120拋光之功效。

在化學溶劑揮發之後，將液態的高分子撓性材料200到入模具100(步驟S20，圖2C)。在本施例中，以液態的形式倒入模具100，便可將模具100填充，並完全覆蓋模具100內的內結構110與內表面。在本實施例中，高分子撓性材料200是聚二甲基矽氧烷(PDMS)，PDMS是一種高分子的有機矽化合物，具有光學透明的特性，並且為惰性、無毒、無味且生物相容性佳的材料，在加熱固化後仍會保有良好的彈性。在其他實施例中，也可選用其他具生物相容性且可澆注的材料作為高分子撓性材料200。

接下來，使高分子撓性材料200固化(步驟S30，圖2D)。在本實施例中，是透過加熱的方式使高分子撓性材料200固化。高分子撓性材料200固化之後便會形成透明且具有彈性的物體。此時高分子撓性材料200仍固定在模具100中。

高分子撓性材料200固化後，將模具100溶解(步驟S40，圖2E)。在本實施例中，是將高分子撓性材料200與模具100浸入一溶解液體中。該溶解液體優選為丙酮。將高分子撓性材料200與模具100浸入溶解液體後，模具100會受到溶解液體影響而溶解。在較佳實施例中，高分子撓性材料200與模具100浸入一溶解液體後，可將裝盛溶解液體的容器置於旋轉加熱板上進行隔水的旋轉加熱高分子撓性材料200與模具100，提高其溶解效率。留下高分子撓性材料200，此時高分子撓性材料200即為三維流道，惟此時流道201中會殘留模具的碎屑130。

因此，接來須要清除高分子撓性材料200中模具100的碎屑130(步驟S60，圖2F)。在本實施例中，是對高分子撓性材料200進行超音波震盪，加速溶解流道201內的碎屑130，藉此清除碎屑130。當流道201內部的碎屑130溶解完畢，即得到具有三維流道的管道模型。並且經由步驟S10至步驟S60所製成的管道模型是透明且具有彈性的模型。

請參閱圖3A至圖3H，圖3A至圖3H所繪示為另一實施例全透明三維流道的製作方法。首先請參閱圖3A，製作一模具300。模具300是以3D列印製成，且模具300包括多個外模具301與內模具302，外模具301上還包括特殊的成型結構303與料件輸入孔304。在較佳實施例中，外模具301上還可包括多個卡榫，有利於多個外模具301組裝與合模。在本實施例中，可透過電腦斷層掃瞄人體取得血管或動脈瘤模型的檔案，並將模型檔案輸入3D列印的軟體，並製成模具300的形狀。

接著請參閱圖3B，對模具300內側進行拋光，本實施例是以丙酮蒸汽噴灑對模具300內側進行拋光，使模具300內側更平整。接下來，請參閱圖3C，對模具300內側塗佈脫模劑，以利後續外模具301的分離。

然後請參閱圖3D，將模具300合模，並將高分子撓性材料400透過料件輸入孔304注入模具300之中，高分子撓性材料400則根據模具的形狀成形。接下請參閱圖3E，對模具300與高分子撓性材料400加熱，讓高分子撓性材料400固化。

之後，請參閱圖3F，將外模具301移除，留下高分子撓性材料400與內模具302。在本實施例中對應外模具301上的成形結構303，高分子撓性材料400上會成形對應的突起結構401，可用於模擬動脈瘤的形狀。

將外模具301移除後，內模具302會留在高分子撓性材料400的管道中。因此請參閱圖3G，將高分子撓性材料400與內模具302浸入丙酮溶劑，並於旋轉加熱板上進行隔水的旋轉加熱高分子撓性材料400與內模具302，將內模具302溶解。而溶解內模具302時，高分子撓性材料400的流道402中會殘留內模具302的碎屑310。此時請參閱圖3H，對高分子撓性材料400施與超音波震動，讓高分子撓性材料400流道402中的碎屑310能夠完整溶解。此時便可取得具有突起結構401的立體管路模型。經由圖3A至圖3H所製作的立體管路模型，同樣具有透明與彈性的特質，並且具有突起結構401模擬腫瘤對於血管的影響，讓醫學實驗更貼近現實。

在圖2A至圖2F與圖3A至圖3H的實施例中，都會對模具100、300施予拋光(步驟S11)。其原因在於模具100、300的表面粗糙度會影響高分子撓性材料200、400成型後的光滑度。而高分子撓性材料200、400的表面光滑度，則會影響高分子撓性材料200、400的透明度，進一步的內部流道201、402光滑度不足會影響液體流動與混合的狀況。

請參閱圖4A與圖4B，圖4A與圖4B所繪示為不同的拋光方式。本實施例中是使用丙酮溶液進行拋光。請先參閱圖4A，設置一對流風扇501與一容器502，其中容器502中裝盛丙酮溶液503，模具100放置於對流風扇501的流動路徑上，容器則放在對流風扇501與模具100之間。如此一來，容器502中的丙酮溶液503揮發出的丙酮氣體，便會被吹拂至模具100上，讓丙酮氣體溶解模具100的表面粗糙結構，達到拋光的效果。

請參閱圖4B，在4B中是設置一加熱板505與一燒瓶506，燒瓶506放置於加熱器505上，並且燒瓶506上還包括一噴嘴507，模具100則方至於噴嘴507前方。其中，燒瓶506中裝盛有丙酮溶液503，並且經由加熱板505加熱，丙酮溶液503的蒸氣會從噴嘴507噴出。丙酮溶液503的蒸氣會經由噴嘴507噴向模具100，讓丙酮氣體溶解模具100的表面粗糙結構，達到拋光的效果。

經過溶解實驗，經由3D列印製作的模具100、300其表面粗糙度約為8.06μm。而經過拋光之後，模具100、300的表面粗糙度可降低至0.27μm，因此經過拋光的模具100、300可大幅提高高分子撓性材料200、400成型後的光滑度，進一步提高高分子撓性材料200、400的透明度。

本發明是以3D列印的技術製作對應管路的模具，利用模具來成形管路的模型。之後以溶解液體將模具溶解，並透過超音波震動的方式，讓管路模型中的模具能夠完全溶解，因此可製造出立體、透明且具有彈性的管路模型。配合電 腦斷層掃描技術取得人體血管的影像資料，便能夠製造出更貼近人體血管的管路模型，解決醫學實驗上難以模擬人體血管的問題。

本發明說明如上，然其並非用以限定本創作所主張之專利權利範圍。其專利保護範圍當視後附之申請專利範圍及其等同領域而定。凡本領域具有通常知識者，在不脫離本專利精神或範圍內，所作之更動或潤飾，均屬於本創作所揭示精神下所完成之等效改變或設計，且應包含在下述之申請專利範圍內。

S10~S60:流程圖步驟

Claims (9)

1. 一種全透明三維流道的製作方法，包括：S10：製作一模具；S20：將液態的一高分子撓性材料倒入該模具；S30：使該高分子撓性材料固化；S40：將該模具溶解；S50：取出該高分子撓性材料；S60：清除該高分子撓性材料中該模具的多個碎屑。
2. 如申請專利範圍第1項所述之全透明三維流道的製作方法，其中，還包括：S11：對該模具的表面進行拋光。
3. 如申請專利範圍第2項所述之全透明三維流道的製作方法，其中，在步驟S11中，是以一溶劑蒸氣噴灑於該模具上。
4. 如申請專利範圍第1項所述之全透明三維流道的製作方法，其中，該高分子撓性材料為聚二甲基矽氧烷或具生物相容性且可澆注的材料。
5. 如申請專利範圍第1項所述之全透明三維流道的製作方法，其中，在步驟S40中，是將該高分子撓性材料與該模具置於一溶解液體中，並對該溶解液體的一容器施予隔水加熱。
6. 如申請專利範圍第1項所述之全透明三維流道的製作方法，其中，在步驟S40中，是將該模具與該高分子撓性材料浸入溶解液體，使該模具溶解。
7. 如申請專利範圍第1項所述之全透明三維流道的製作方法，其中，在步驟S10中是以三維列印製作該模具。
8. 如申請專利範圍第1項所述之全透明三維流道的製作方法，其中，在步驟S60，是對該高分子撓性材料施予超音波震盪來溶解並清除該模具的該碎屑。
9. 如申請專利範圍第1項所述之全透明三維流道的製作方法，其中，在步驟S30中，該高分子撓性材料是透過加熱固化。

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