L'approche nouvelle permet à des imprimantes de SL de fabriquer des réseaux microfluidic plus fins et plus complexes

D'abord introduit pendant les années 1980, la stéréolithographie (SL) est un processus de fabrication additif qui estampe les objectifs 3D par corriger sélecteur de la résine liquide de polymère utilisant une source lumineuse (UV) de rayonnement ultraviolet d'une mode de couche-par-couche. Le polymère utilisé subit une réaction photochimique qui des spires il du liquide au solide une fois exposé à l'illumination UV. Aujourd'hui, le SL est démarché en tant qu'une des formes les plus précises de l'impression 3D qui est accessible aux consommateurs, avec les modèles de bureau (par exemple, variantes d'écran à cristaux liquides) coûtant aussi petit qu'USD 300.

Le SL est une option attrayante pour des chercheurs dans le domaine du microfluidics. Non seulement a-t-il la capacité de fabriquer les dispositifs microfluidic dans un pas à pas d'un modèle généré par ordinateur, mais il permet également la fabrication vraiment des structures 3D qui auraient autrement été provocantes, sinon impossibles, avec les approches existantes de fabrication.

Cependant, en employant des imprimantes de SL dans des glissières microfluidic d'impression, deux problèmes représentatifs se posent. Premièrement, polymérisation accidentelle de résine fraîche dans le vide de glissière. Pendant l'épreuve, la résine liquide est enfermée dans le vide de glissière. L'illumination des couches suivantes peut par mégarde corriger la résine liquide enfermée, qui aura comme conséquence une entrave de glissière.

Deuxièmement, en cas où la polymérisation accidentelle de la résine ne se produit pas, l'évacuation de la résine enfermée dans le vide de glissière peut encore être un défi. C'est parce que la résine liquide existante est visqueuse (c.-à-d., régularité comme le miel), effectuant l'évacuation des glissières ou des réseaux étroits avec la remise en question de succursales multiples. Ces deux défis limitent l'attainability des cotes et de la complexité de glissière dans les réseaux hydrauliques estampés par SL.

Pour aborder ces limitations, les chercheurs du Singapour Unversity de la technologie et le modèle (SUTD) en collaboration avec l'organisme de recherche des YI-Mentons de Toh de professeur adjoint de l'université nationale de Singapour, ont développé une approche de conception qui peut améliorer les cotes de glissière et la complexité possibles des réseaux avec le SL existant (référez-vous à l'image).

La voie conventionnelle d'estamper les dispositifs microfluidic avec des imprimantes de SL est d'estamper le dispositif entier comme entité monolithique. Cependant, les éditions comme la polymérisation accidentelle du vide de glissière et la difficulté dans le vide évacuant de glissière résulte de l'impression comme entité monolithique, »

Michinao Hashimoto, professeur adjoint d'investigateur principal du développement de produits de bureau d'études, SUTD

Au lieu de cela, les chercheurs ont adopté une approche de modularisation - où ils ont dans l'espace déconstruit une glissière microfluidic dans des sous-unités plus simples, estampées leur séparé, et par la suite assemblées leur aux réseaux microfluidic de forme. En appliquant cette approche, ils pouvaient estamper les réseaux microfluidic avec une complexité plus grande (telle qu'être branché hiérarchique) et de plus petites cotes de glissière.

« Par modèle, chaque sous-unité est dans l'espace déconstruite pour avoir les géométries simples qui n'auraient pas comme conséquence la polymérisation accidentelle. Les géométries simples ont également facilité l'évacuation de la résine fraîche, » a dit l'auteur important Terry Ching, un étudiant de troisième cycle de SUTD.

L'équipe pouvait fabriquer une gamme des réseaux hydrauliques qui étaient provocants pour estamper suivre des méthodes conventionnelles. Leur démonstration comprend les réseaux étant branchés hiérarchiques, les réseaux rectilignes de réseau, les réseaux hélicoïdaux, etc. Ils pouvaient également expliquer l'efficacité de leur approche en montrant des cotes d'une glissière d'amélioration appréciable (c.-à-d., glissière W = μm 75 et h = μm 90) si comparés à employer l'approche « monolithique » conventionnelle d'impression.

Un cas d'utilisation évident est l'application de cette approche pour fabriquer les réseaux hydrauliques utilisant l'hydrogel pour imiter le réseau vasculaire indigène. Jusqu'à présent, la variété d'hydrogels imprimables de SL est limitée, et ils manquent souvent des propriétés mécaniques nécessaires pour une épreuve ou un biocompatibility précise exigé pour la constitution des cellules vivantes. En simplifiant les géométries de chaque sous-unité, l'équipe avait l'habitude l'hydrogel pour fabriquer les réseaux hydrauliques compliqués, imitant le réseau vasculaire indigène.

La « simplification des géométries des sous-unités réduit également l'utilisation des additifs qui peuvent être nuisibles aux cellules biologiques, » Ching ajouté.

Somme toute, c'est une approche de conception générale qui peut éviter certains des défis importants dans le microfluidics estampé par SL - en appliquant cette approche, les imprimantes existantes de SL peuvent maintenant fabriquer le microfluidics avec des cotes plus fines de glissière, et plus de complexités étant branchées. Ce rapport de recherche a été publié en matériaux de bureau d'études avancés.

Source:
Journal reference:

Ching, T., et al. (2019) Fabrication of Complex 3D Fluidic Networks via Modularized Stereolithography. Advanced Engineering Materials. doi.org/10.1002/adem.201901109.