[发明专利]一种基于FDM三维打印的异型截面微流道芯片的加工方法

说明书

本发明提供了一种基于FDM三维打印的异型截面微流道芯片的加工方法，包括下述步骤：步骤1：加工具有异型微孔的FDM喷嘴；步骤2：打印出异型截面微流道ABS阳模；步骤3：制作PDMS基底；步骤4：将ABS阳模转移至PDMS基底的上方，浇注PDMS溶液并依次进行固化、切片得到PDMS块；步骤5：在PDMS块上ABS阳模的两端处加工垂直通孔；步骤6：将PDMS块浸入ABS溶解液溶解掉ABS阳模；步骤7：向垂直通孔的一侧注入PDMS溶液，固化密封后形成异型截面微流道芯片。

技术领域

本发明涉及微流控芯片加工领域，特别是一种基于FDM三维打印的异型截面微流道芯片的加工方法。

背景技术

惯性微流控技术(inertial microfluidics)巧妙利用微尺度流体的惯性效应实现微粒运动状态和平衡位置的精确控制，具有所需流道结构简单、无需借助外场及处理通量高等显著优势，是微纳米生物粒子聚焦、排列及分选等操控功能实现的一项重要使能技术。然而，受限于经典软光刻技术的垂直曝光工艺，现阶段惯性微流控技术的研究仍主要集中在常规的矩形截面微流道。

惯性操控的机理研究成果表明，微流道的截面形状直接影响微粒惯性聚焦平衡位置的数量和具体坐标。为此，近年来研究人员尝试将一些特殊的流道阳模微加工方法与常规的PDMS倒模复制技术进行结合，制造出具有三角形、半圆形和梯形等异型截面的微流道(Lab Chip,2016,16:992-1001；Anal Chem,2018,90:1827-1835；Lab Chip,2014,14:128-137)，以拓展流道截面形状对微粒惯性操控影响机制的理解。然而，现有这些加工方法仅能用于制作特定截面形状的微流道，并且存在加工工艺复杂等共同缺陷。另外，复制阳模得到PDMS微流道后仍需与玻璃基底进行键合密封，不易实现微流控芯片与微机械、微电子和微传感器等其他功能单元的集成，从而严重制约着惯性微流控技术在现场即时检测仪器开发中的推广应用。

近年来，可任意形状成型的三维打印技术迅速崛起，为微流道及微流控芯片的加工提供了一种全新的思路。然而，现阶段三维打印技术在微流控芯片加工中的应用主要集中在复杂空间流道结构的构建上，而对于异型截面流道的三维打印制造仍鲜见报道。尽管Lee等(Lab Chip,2016,16:668-678)已通过控制光源对光敏树脂进行逐层曝光固化而成功打印出梯形截面螺旋流道，然而采用的微立体光刻技术的成型精度限制了该方法在小尺寸异型截面流道加工中的推广。此外，与常用的PDMS相比，光敏树脂材料在透气性、透光性以及生物相容性等方面均存在明显不足。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于FDM三维打印的异型截面微流道芯片的加工方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于FDM三维打印的异型截面微流道芯片的加工方法，包括下述步骤：

步骤1：加工具有异型微孔的FDM喷嘴；

步骤2：将步骤1得到的FDM喷嘴安装在三维打印机上打印出异型截面微流道ABS阳模；

步骤3：制作PDMS基底；

步骤4：将ABS阳模转移至PDMS基底的上方，浇注PDMS溶液并依次进行固化、切片得到PDMS块；

步骤5：在PDMS块上ABS阳模的两端处加工垂直通孔；

步骤6：将PDMS块浸入ABS溶解液溶解掉ABS阳模；

步骤7：向垂直通孔的一侧注入PDMS溶液，固化密封后形成异型截面微流道芯片。

本发明中，步骤1中具有异型微孔的FDM喷嘴加工方法为：

取圆薄片和打印喷嘴，在圆薄片中心处激光切割出异型微孔，去除打印喷嘴的顶端，将圆薄片与打印喷嘴对准并进行激光焊接得到改进FDM喷嘴。