CN112138731A - 微流控器件以及其制造方法、制造装置 - Google Patents

微流控器件以及其制造方法、制造装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及微纳3D打印以及微流控器件技术领域。本发明提出一种微流控器件的制造方法：在下基底层上通过打印的方式形成具有微流道基本单元和/或微阀基本单元的功能区，最后键合上基底层；其中，功能区的形成具体是：通过打印的方式沉积纳米纤维膜基层，而后通过打印的方式将疏水材料按照设定的图案转移至纳米纤维膜基层并固化，以形成纳米纤维膜功能层，按照此过程构建至少一层纳米纤维膜功能层。同时，本发明还提出一种根据上述制造方法所制造的微流控器件。以及本发明还提出一种微流控器件的制造装置，包括：高压直流电源、注射泵***、喷头模块、收集板、位移执行组件和控制***。本发明能够大幅的节约微流控器的制造成本。

Description

微流控器件以及其制造方法、制造装置
本申请是申请号为201910280944.1、申请日为2019-04-09、名称为“含多级微纳结构器件的纳米纤维自支撑增材制造方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及微纳3D打印以及微流控器件技术领域，尤其涉及基于微/纳米纤维打印的微流控器件以及其制造方法、制造装置。
背景技术
高效微流控***正在向三维层叠结构发展。微流控***中的多种基本元件(微泵、微阀、微混合器、微电极等)呈现3D(Three-dimensions)几何特征，它是实现立体化、规模化、集成化微流控***的关键。微流控***所用3D微流控器件中的功能区根据功能用途的不同会设有微流道基本单元或微阀基本单元。
3D纸基微流控器件是一种典型的具有微流道基本单元的3D微流控器件，目前主要采用两种制备方法，叠纸法和折纸法。叠纸法(A.W.Martinez,S.T.Phillips,Z.Nie,C.M.Cheng,E.Carrilho,B.J.4Wiley and G.M.Whitesides,Lab on a chip,2010,10,2499-2504.)是通过双面胶多层的纸逐层叠加起来形成的3D结构，在微米尺度的通道上，上下层芯片的对准需要非常精确并且繁琐；另外，采用激光切割预制连接孔增加了制造的步骤和成本。叠纸法的制造过程非常繁琐和耗时，限制了大批量的生产和应用。
折纸法(H.Liu and R.M.Crooks,Journal of the American Chemical Society,2011,133,17564-17566.D.Sechi,B.Greer,J.Johnson and N.Hashemi,Analyticalchemistry,2013,85,10733-10737.)按照设计的程序将一张纸折叠成多层，最后使用一个铝夹固定芯片就完成整个3D芯片组装。这种方法不需要胶带粘贴，避免了污染和非特异性吸附，避免了纤维素粉末的使用。但是这种方法仅采用铝夹固定可能导致试剂泄漏。
2012年，Lewis组(G.G.Lewis,M.J.Ditucci,M.S.Baker and S.T.Phillips,Labon a chip,2012,12,2630-2633.)将蜡打印图案的纸一张一张地叠在一起形成3D纸基微流控器件结构并使用喷胶黏贴。这种方法组装过程需要施加额外压力将各层压紧，可能导致芯片变形或者损坏微流控图案。
上述方法，在制造方式上均是预先通过光刻法或者蜡打印法将纸张图案化，然后借助额外的设备或者工序再进行后续的组装和装配。因此，基于目前的3D纸基微流控器件制造方法的复杂性，发展一种灵活的、简单的和自动化的微流控器件的一步式制造方法是一个非常有意义和挑战性的工作。
然而，对于具有微阀基本单元其他一些微流控器件，上述的用于制造3D纸基微流控器件的方法是无法实现的。这类微流控器件中，典型的三维结构-微阀基本单元是以微尺度致动薄膜—微腔(膜厚10～100μm，微腔深约300μm，压力约500kPa)为基本特征，是构造微流体控制元件***的基础。微阀作为微流体的压力驱动基本单元，它在执行流体输运时避免了电驱动带来的电热、电磁等效应而被广泛采用。微尺度致动薄膜—微腔结构是微泵或微阀的核心结构，是制造难点。
对于这类具有可动薄膜-微腔结构的微流控器件，目前现有技术是基于硅、玻璃材料的微泵、微阀采用MEMS工艺来实现的，虽技术成熟，但难以在规模化微流控***中应用。相比硅、玻璃等，聚合物材料成本低、工艺简单、生物兼容性好、表面改性相对容易，应用广泛。
针对单层聚合物平面上微纳结构的加工已有多种有效的方法，如热压、注塑、浇注、纳米压印、微铣削、激光烧蚀等。热压、微注塑成型最为常用。对于两层以上的结构，Quake等基于PDMS材料用软蚀刻技术形成薄膜和流道，在聚合物上制作了片上气/液动微阀阵列。Weaver等设计三层膜—腔结构微阀，多个微阀的级联构建集成化的微流控***。而传统的热压、键合等工艺制作微泵、微阀类含有致动薄膜—微腔结构存在诸多问题，如，无法制作真三维结构、大面积键合率一致性难以控制、可动薄膜的变形与塌陷、刚度不足、与传感单元结构制作工艺难以兼容等。这些固有问题使得该工艺方法难以在产业化生产中获得应用。
参考文献：
1、A.W.Martinez,S.T.Phillips and G.M.Whitesides,Proceedings of theNational Academy of Sciences of the United States of America,2008,105,19606-19611。
2、A.W.Martinez,S.T.Phillips,Z.Nie,C.M.Cheng,E.Carrilho,B.J.4Wiley andG.M.Whitesides,Lab on a chip,2010,10,2499-2504。
3、H.Liu and R.M.Crooks,Journal of the American Chemical Society,2011,133,17564-17566.D.Sechi,B.Greer,J.Johnson and N.Hashemi,Analytical chemistry,2013,85,10733-10737。
4、G.G.Lewis,M.J.Ditucci,M.S.Baker and S.T.Phillips,Lab on a chip,2012,12,2630-2633。
5、Weaver J A,Melin J,Stark D,et al.Static control logic formicrofluidic devices using pressure-gain valves[J].Nature Physics,2010,6(3):218-223。
6、Unger,M.A.Monolithic Microfabricated Valves and Pumps by MultilayerSoft Lithography[J].Science,2000,288(5463):113-116。
发明内容
因此，针对上述问题，本发明提出一种基于微/纳米纤维打印的微流控器件以及其制造方法、制造装置。
本发明目的之一，在于提出一种含多级微纳结构的微流控器件的制造方法，其特征在于：通过打印的方式沉积微/纳米纤维膜层，然后将筑型流体按照设定图案喷印至微/纳米纤维膜层并固化，以形成含筑型图案及微/纳米纤维膜的基本单元，按照此过程构建至少一层所述的基本单元，还包括：将所述基本单元中未覆盖筑型流体部分的微/纳米纤维膜进行全部移除或选择性移除。
本发明的目的之二，在于提出一种微流控器件，所述的微流控器件包括：下基底层、上基底层、和设置于二者之间的至少包括有微流道基本单元的功能区，所述的功能区是由至少一层或是二层以上微/纳米纤维膜层叠打印构成，其中至少具有一层微/纳米纤维膜层中渗透并固化有疏水材料，所述的疏水材料按照设定的图案形成以构建出构建微流控疏水壁垒，从而所述的功能区中构建出2D分布或3D分布的微流道；所述的功能区中微流道还填充有微/纳米纤维材料、或者是移除了微/纳米纤维材料的中空通道。
以及，提出一种微流控器件，所述的微流控器件包括：下基底层、上基底层、和设置于二者之间的至少包括有微阀基本单元的功能区，所述的功能区是由至少三层以上微/纳米纤维膜层叠打印构成，其中：中间层是至少包括一层微/纳米纤维膜层中渗透并固化有疏水材料，以构成薄膜-微腔结构的可致动薄膜部分，中间层的其中上、下层中，均至少具有一层微/纳米纤维膜层中渗透并固化有疏水材料，所述的疏水材料按照设定的图案形成以构建出构建微流控疏水壁垒，从而构建出2D分布或3D分布的微流道；所述的功能区中的微流道是移除了微/纳米纤维材料的中空通道或者是微流道有部分是中空通道，有部分还填充有微/纳米纤维材料。
本发明的目的之三，在于提出一种一种微流控器件的制造装置，所述的制造装置包括：高压直流电源、注射泵***、喷头模块、收集板、位移执行组件和控制***，注射泵***将打印材料输送至喷头模块，以对收集板上固定的下基底层进行电液耦合喷印打印，所述电液耦合喷印打印包括：先通过打印以沉积微/纳米纤维膜基层，再通过打印以将疏水材料按照设定的图案转移至微/纳米纤维膜基层并固化，从而形成微/纳米纤维膜功能层，构建至少一层微/纳米纤维膜功能层以形成微流控器件的功能区，控制***至少用于控制位移执行组件，以改变喷头模块与收集板相对位置，高压直流电源的两输出电极分别连接于喷头模块和收集板，用于产生电液耦合喷印打印所需的高压直流电；所述的喷头模块是采用三个喷头，分别为：静电纺丝喷头、熔融静电直写喷头和静电喷印喷头。
本发明的上述技术方案，具有有益技术效果如下：
本发明不仅仅能够大幅的节约微流控器的制造成本，而且方法简单灵活、工艺简易快速，从而在大规模的器件集成和大批量的器件制造上具有广阔的应用前景。
此外，本发明可以实现多种材料混合打印，材料成分可控、厚度可控、密度可控、灵活性高，可以满足不同的微流控器件要求和性能。本发明为含有膜—腔、柱—腔、超细长孔道(通孔/盲孔)等内嵌多级微纳结构的宏器件制造提供新的技术途径。
附图说明
图1是实施例1的流程图；
图2是实施例3中增加的步骤流程图；
图3是实施例5的流程图；
图4是实施例6中替换的步骤流程图；
图5是该实施例9的结构示意图；
图6是该实施例10的结构示意图。
具体实施方式
不同于现有技术的3D的纸基微流控器件制造方法和采用传统的热压、键合等工艺制作微泵、微阀类含有致动薄膜—微腔结构的微流控器件制造方法，本发明提出一种采用微纳3D打印来制造微流控器件的技术方案，具体而言，是基于微/纳米纤维的自支撑的增材打印来制造3D微流控器件的技术方案。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
实施例1：
本实施例提出一种微流控器件制造方法，该制造方法主要用于制造具有微流道基本单元的微流控器件，参阅图1所示，为本实施例的工作流程示意图。
S1,参阅图1(a)，首先预先制作一定尺寸的基底材料膜片作为所要制造的微流控器件的下基底层10，作为的下基底层10的基底材料膜片可以选用以下例举的其中任一而不限于：硅基底、PDMS(polydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷)基底、玻璃基底或高分子膜基底等，该实施例以下是以PDMS基底为例进行展示和说明，但不用于限制本发明的保护范围。该实施例在进行制造步骤时，首先要将PDMS的下基底层10进行固定。
S2,参阅图1(b)，然后在该PDMS的下基底层10上通过打印的方式沉积第一层微/纳米纤维膜101，作为微/纳米纤维膜101的打印材料可以选自以下例举的其中任一而不限于：高分子聚合物纳米级纤维、高分子复合材料纳米级纤维、天然纤维的纳米级改性纤维等，包括而不限于PI(Polyimide，聚酰亚胺)、PVDF(Poly(vinylidene fluoride)，聚偏氟乙烯)、PCL(Polycaprolactone，聚己内酯)、PLA(polylactic acid，聚乳酸)、PLGA((poly(lactic-co-glycolic acid),聚乳酸-羟基乙酸共聚物)、PVA(polyvinyl alcohol，聚乙烯醇)。该实施例以下是以PVA(polyvinyl alcohol，聚乙烯醇)纳米级纤维为例进行展示和说明，但不用于限制本发明的保护范围。作为该实施例优选的，采用静电纺丝打印技术来制备出具有一定厚度微/纳米纤维膜微/纳米纤维膜101。作为该实施例优选的，每层微/纳米纤维膜的厚度为40～60μm。关于静电纺丝打印的具体实现方式已属于本领域技术人员可以掌握的技术内容，同时，本发明的后文将结合制造设备一并说明，于此不再详细展开。
S3,参阅图1(c)，而后在该第一层微/纳米纤维膜101上再通过打印的方式将筑型流体材料(该实施例的筑型流体材料选用疏水材料)按照设定的筑型图案喷印转移至其上并固化，由于微/纳米纤维膜101具有诸多微孔结构，疏水材料将渗入该微/纳米纤维膜101，并填充该微/纳米纤维膜101中的微孔结构的孔隙，待其固化后就可以构建出设计要求的微流控疏水壁垒。疏水材料可以选自以下例举的其中任一而不限于：石蜡、PDMS或表面活性剂等，对应的固化方式也根据所选择的微/纳米纤维膜的材料和疏水材料进行适应性选择调整。该实施例以下是以PDMS作为疏水材料为例进行展示和说明，其固化方式采用加热固化，选择的固化温度在100～120℃之间，但上述的疏水材料和固化方式并不用于限制本发明的保护范围。该实施例的图中，经过PDMS打印后，第一层微/纳米纤维膜101上形成了具有疏水区域201A和亲水区域201B(该亲水区域201B即未打印疏水材料图案的区域，由于微/纳米纤维膜101自身的微孔结构的存在而具有亲水特性)。作为该实施例优选的，采用熔融静电直写打印技术或静电喷印打印技术在微/纳米纤维膜101打印疏水材料以构建微流控疏水壁垒，从而形成微流道，关于熔融静电直写打印技术和静电喷印打印技术的具体实现方式已属于本领域技术人员可以掌握的技术内容，同时，本发明的后文将结合制造设备一并说明，于此不再详细展开。
S4,因所需要制造的微流控器件内的微流道通常是3D分布，进而通常采用多层打印叠加来构建。该实施具体的，参阅图1(d)，在经过上述步骤S3打印后的第一层微/纳米纤维膜101(可称之为含筑型图案及微/纳米纤维膜的基本单元，或称微/纳米纤维膜功能层)的基础上按照与步骤S2相同的方式，在第一层微/纳米纤维膜101上打印第二层微/纳米纤维膜102，参阅图1(e)，同样的再按照步骤S3相同的方式，在第二层微/纳米纤维膜102上通过打印的方式将疏水材料PDMS按照设定的筑型图案喷印转移至其上。参阅图1(f)至图1(i)，在第二层微/纳米纤维膜102(基本单元)上同样按与步骤S2和步骤S3的相同方式照依次打印第三层微/纳米纤维膜103(基本单元)和第四层微/纳米纤维膜104(基本单元)。需要说明的是，微流控器件内所打印的微/纳米纤维膜的层数以及每一层上的疏水材料筑型图案的形状均是根据器件内微流道的结构设计相关的，本领域技术人员可以根据实际需要进行调整，而不应予以限制。
该实施例中，作为第一层微/纳米纤维膜101、第二层微/纳米纤维膜102、第三层微/纳米纤维膜103和第四层微/纳米纤维膜104的基本单元所用的基底材料都选用PVA纳米级纤维作为打印材料(即微/纳米纤维膜基层的沉积材料)；但在其他实施应用下，作为第一层微/纳米纤维膜101、第二层微/纳米纤维膜102、第三层微/纳米纤维膜103和第四层微/纳米纤维膜104的基本单元的基底材料，不一定都选用PVA纳米级纤维，还可以选用不同的纳米级纤维材料进行层叠的混合打印。
S5,参阅图1(j)，最后在依次打印叠加了第一层微/纳米纤维膜101、第二层微/纳米纤维膜102、第三层微/纳米纤维膜103和第四层微/纳米纤维膜104构成的功能区20的基础上，键合上基底层30，从而构成一个完整的微流控器件。该上基底层30可以采用与下基底层10一致的材料，可以选用以下例举的其中任一而不限于：硅基底、PDMS(polydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷)基底、玻璃基底或高分子膜基底等，该实施例以下是以PDMS基底为例进行展示和说明，但不用于限制本发明的保护范围。
由上可知，该实施例的3D微流控器件制造方法通过打印沉积一定厚度微/纳米纤维膜作为微/纳米纤维膜基层，然后结合筑型流体材料(该实施例中为疏水材料)打印技术在该微/纳米纤维膜层上构建微流控疏水壁垒，可以借助计算机自动化***控制连续性的操作，一次性完成整个基于微/纳米纤维基的2D或3D的微流控器件的制造。该实施例相比于现有技术的3D纸基微流控器件制造方法而言，可减少纸基3D微流控器件的制造步骤，从而降低制造成本、提高制造效率，在大规模的器件集成和大批量的器件制造上具有广阔的应用前景。此外，作为微/纳米纤维膜基层的结构还可以是多种材料混合打印，材料成分可控、厚度可控、密度可控、灵活性高，可以满足不同的微流控器件要求和性能。
实施例2：
该实施例中，同时提出一种经由上述实施例1的制造方法所制得的微流控器件，参阅图1(j)所示，该微流控器件包括下基底层10、上基底层30和设置于二者之间的功能区20，所述功能区20是由至少一层并优选是二层以上微/纳米纤维膜层叠打印构成，其中至少具有一层微/纳米纤维膜层中渗透并固化有筑型流体材料，所述疏水材料按照设定的筑型图案形成以构建出构建微流控疏水壁垒，从而所述功能区20中构建出2D(平面)分布或3D分布的微流道。于该实施例中，所述功能区20中微流道还填充有微/纳米纤维材料(亲水)。
实施例3：
再次参阅图1，以及同时参阅图2所示，该实施例2是在实施例1的基础上，增加步骤S6,移除功能区20中的微/纳米纤维材料。具体的，该实施例中功能区20中第一层微/纳米纤维膜101、第二层微/纳米纤维膜102、第三层微/纳米纤维膜103和第四层微/纳米纤维膜104的基层的微/纳米纤维材料均是采用PVA纳米级纤维作为打印材料，可以溶解于水，因此该步骤只需要将图(j)中整个微流控器件置于水中浸泡即可实现，也可以使用注射器吸入一定量的水，用注射泵设定一定的速度和时间泵入溶解，其中该微流控器件的进出口采用PEEK连接，并使用硅胶管与注射器连接起来。需要说明是的，该步骤S6的具体实现方式是根据功能区20中微/纳米纤维材料的特性不同而选择不同的移除方式，属于本领域技术人员可以得知的或者查阅现有技术文献可以获知的内容，于此不再一一例举。
实施例4：
该实施例中，同时提出一种经由上述实施例3的制造方法所制得的微流控器件，参阅图2(k)所示，该微流控器件包括下基底层10、上基底层30和设置于二者之间的功能区20，所述功能区20是由至少一层并优选是二层以上微/纳米纤维膜层叠打印构成，其中至少具有一层微/纳米纤维膜层中渗透并固化有筑型流体材料(如疏水材料)，所述筑型流体材料按照设定的筑型图案形成以构建出构建微流控疏水壁垒，从而所述功能区20中构建出2D分布或3D分布的微流道。于该实施例中，所述功能区20中微流道是中空的。
实施例5：
本实施例提出一种微流控器件制造方法，该制造方法主要用于制造具有微阀基本单元的微流控器件，参阅图3所示，为本实施例的工作流程示意图。
S1,参阅图3(a)，首先预先制作一定尺寸的基底材料膜片作为所要制造的微流控器件的下基底层10，作为的下基底层10的基底材料膜片可以选用以下例举的其中任一而不限于：硅基底、PDMS(polydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷)基底、玻璃基底或高分子膜基底等，该实施例以下是以PDMS基底为例进行展示和说明，但不用于限制本发明的保护范围。该实施例在进行制造步骤时，首先要将PDMS的下基底层10进行固定。
S2,参阅图3(b)，然后在该PDMS的下基底层10上通过打印的方式沉积第一层微/纳米纤维膜101，作为微/纳米纤维膜101的打印材料可以选自以下例举的其中任一而不限于：高分子聚合物纳米级纤维、高分子复合材料纳米级纤维、天然纤维的纳米级改性纤维等，如PI、PVDF、PCL、PLA、PLGA、PVA。该实施例以下是以PVA(polyvinyl alcohol，聚乙烯醇)纳米级纤维为例进行展示和说明，但不用于限制本发明的保护范围。作为该实施例优选的，采用基于电液耦合喷印技术(如静电纺丝打印)来制备出具有一定厚度微/纳米纤维膜微/纳米纤维膜101。作为该实施例优选的，每层微/纳米纤维膜的厚度为40～60μm。关于静电纺丝打印的具体实现方式已属于本领域技术人员可以掌握的技术内容，同时，本发明的后文将结合制造设备一并说明，于此不再详细展开。
S3,参阅图3(c)，而后在该第一层微/纳米纤维膜101上再通过打印的方式将筑型流体材料(该实施例选用疏水材料)按照设定的筑型图案喷印转移至其上并固化，由于微/纳米纤维膜101具有诸多微孔结构，疏水材料将渗入该微/纳米纤维膜101，并填充该微/纳米纤维膜101中的微孔结构的孔隙，待其固化后就可以构建出设计要求的微流控疏水壁垒。该实施例中作为筑型流体材料的疏水材料可以选自以下例举的其中任一而不限于：石蜡、PDMS或表面活性剂等，对应的固化方式也根据所选择的微/纳米纤维膜的材料和疏水材料进行适应性选择调整。该实施例以下是以PDMS作为疏水材料为例进行展示和说明，其固化方式采用加热固化，选择的固化温度在100～120℃之间，但上述的疏水材料和固化方式并不用于限制本发明的保护范围。该实施例的图中，经过PDMS打印后，第一层微/纳米纤维膜101上形成了具有疏水区域201A和亲水区域201B(该亲水区域201B即未打印疏水材料图案的区域，由于微/纳米纤维膜101自身的微孔结构的存在而具有亲水特性)。作为该实施例优选的，采用熔融静电直写打印技术或静电喷印打印技术在微/纳米纤维膜101打印疏水材料以构建微流控疏水壁垒，从而形成微流道，关于熔融静电直写打印技术和静电喷印打印技术的具体实现方式已属于本领域技术人员可以掌握的技术内容，同时，本发明的后文将结合制造设备一并说明，于此不再详细展开。
S4,因所需要制造的微流控器件内的薄膜-微腔结构是呈3D结构的，进而通常采用多层打印叠加来构建。该实施具体的，参阅图3(d)，在经过上述步骤S3打印后的第一层微/纳米纤维膜101(含筑型图案及微/纳米纤维膜的基本单元，或称微/纳米纤维膜功能层)的基础上按照与步骤S2相同的方式，在第一层微/纳米纤维膜101上打印第二层微/纳米纤维膜102，参阅图3(e)，同样的再按照步骤S3相同的方式，在第二层微/纳米纤维膜102上通过喷印的方式将疏水材料PDMS转移至其上，但与之不同的是，作为构成薄膜-微腔结构的可致动薄膜部分，该第二层微/纳米纤维膜102的疏水材料PDMS的打印是全面覆盖，无需像第一层微/纳米纤维膜101中为构成微流道而要按照设定的微流道图案进行打印。
需要说明的是，作为该可致动薄膜部分，其膜厚可以为50～200μm，该实施例中，每层微/纳米纤维膜打印的优选厚度为40～60μm，则可以根据致动薄膜的膜厚要求进行一层或多层进行全面覆盖打印疏水材料PDMS。于该实施例中，该致动薄膜部分以一层微/纳米纤维膜打印厚度为例进行说明，即将第二层微/纳米纤维膜102的厚度作为该可致动薄膜部分，但实际实施应用情况，不以此为限。
S5,参阅图3(f)和图3(g)，在第二层微/纳米纤维膜102上同样按与步骤S2和步骤S3的相同方式打印第三层微/纳米纤维膜103以构建第三层微/纳米纤维膜103上的微流道。
S6,参阅图3(h)和图3(i)，采用类似步骤S4中构建可致动薄膜部分的第二层微/纳米纤维膜102的方式，全面覆盖打印疏水材料PDMS与第四层微/纳米纤维膜104，以封闭步骤S5中构建第三层微/纳米纤维膜103上的微流道，同时该第四层微/纳米纤维膜104也用于与上基底层30进行键合。需要说明的是，微流控器件内所打印的微/纳米纤维膜的层数以及作为具有微流道的微/纳米纤维膜层上的疏水材料图案的形状均是根据器件内微流道的结构设计相关的，本领域技术人员可以根据实际需要进行调整，而不应予以限制。
该实施例中，作为第一层微/纳米纤维膜101、第二层微/纳米纤维膜102、第三层微/纳米纤维膜103和第四层微/纳米纤维膜104的功能层的基底材料都选用PVA纳米级纤维作为打印材料(即微/纳米纤维膜基层的沉积材料)；但在其他实施应用下，作为第一层微/纳米纤维膜101、第二层微/纳米纤维膜102、第三层微/纳米纤维膜103和第四层微/纳米纤维膜104的功能层的基底材料，不一定都选用PVA纳米级纤维，还可以选用不同的纳米级纤维材料进行层叠的混合打印。
S7,参阅图3(j)，在依次打印叠加了第一层微/纳米纤维膜101(含筑型图案及微/纳米纤维膜的基本单元，或称微/纳米纤维膜功能层)、第二层微/纳米纤维膜102(基本单元)、第三层微/纳米纤维膜103(基本单元)和第四层微/纳米纤维膜104(基本单元)构成的功能区20的基础上，键合上基底层30于第四层微/纳米纤维膜104上，从而构成一个完整的微流控器件。该上基底层30可以采用与下基底层10一致的材料，可以选用以下例举的其中任一而不限于：硅基底、PDMS(polydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷)基底、玻璃基底或高分子膜基底等，该实施例以下是以PDMS基底为例进行展示和说明，但不用于限制本发明的保护范围。
S8,参阅图3(k)，最后将该器件功能区20中的微/纳米纤维材料移除。具体的，该实施例中功能区20中第一层微/纳米纤维膜101、第二层微/纳米纤维膜102、第三层微/纳米纤维膜103和第四层微/纳米纤维膜104的基层的微/纳米纤维材料均是采用PVA纳米级纤维作为打印材料，可以溶解于水，因此该步骤只需要将图(j)中整个微流控器件置于水中浸泡即可实现，也可以使用注射器吸入一定量的水，用注射泵设定一定的速度和时间泵入溶解，其中该微流控器件的进出口采用PEEK连接，并使用硅胶管与注射器连接起来。需要说明是的，该步骤S8的具体实现方式是根据功能区20中微/纳米纤维材料的特性不同而选择不同的移除方式，属于本领域技术人员可以得知的或者查阅现有技术文献可以获知的内容，于此不再一一例举。
由上可知，该实施例的3D微流控器件制造方法通过打印沉积一定厚度微/纳米纤维膜作为功能层的基底材料(即微/纳米纤维膜基层)，然后结合疏水材料打印技术在该功能层基底材料上构建微流控疏水壁垒，以制备出具有一定深度和宽度的下层微通道结构，而后，沉积一定时间后形成具有一定深度的中间层微/纳米纤维膜，中间层微/纳米纤维膜和PDMS复合后可以作为该微阀基本单元的可动膜腔结构，重复执行以上的下层微通道结构的相同工序，制造具有一定深度和宽度的上层微通道结构，可以借助计算机自动化***控制连续性的操作，一次性完成整个基于微/纳米纤维基的3D的微流控器件的制造。该实施例相比于现有技术的采用传统的热压、键合等工艺制作微泵、微阀类含有致动薄膜—微腔结构的微流控器件制造方法而言，可以降低制造成本、提高制造效率，在大规模的器件集成和大批量的器件制造上具有广阔的应用前景。此外，所述微/纳米纤维膜本体结构还可以是多种材料混合打印，材料成分可控、厚度可控、密度可控、灵活性高，可以满足不同的微流控器件要求和性能。
另外，该实施例中优选采用以微/纳米纤维自支撑的增材制造方式进行的技术来将微/纳米纤维材料进行层层沉积打印的方式，相比于现有商用的微纳3D打印也具有相当的技术优势。目前的3D打印技术制造薄膜-微腔结构遇到的挑战是支撑材料去除非常困难，导致微阀/微泵的性能受影响。并且，商业3D打印技术用的材料有限而且昂贵。微阀主要是依靠薄膜结构的变形来实现流体的关断功能，现有商用的微纳3D打印中由于工艺不同，所用于制造微阀薄膜结构的材料(光敏树脂材料)弹性(弹性模量1463MPA)和耐久性较差，长时间使用容易破裂导致流体的泄漏。该实施例中优选采用静电纺丝打印技术(亦即电液耦合喷印技术)利用电场力对微/纳米纤维材料溶液进行拉伸，使之发生变形，并克服表面张力，最终沉积在收集板上形成微/纳米纤维膜或者液滴或者线。重复交替的喷印，可以堆叠出器件功能区的三维结构。另外，该实施例的这种技术采用的材料广泛，为制造多样化的微流控器件提供了一种有效的方法。
实施例6：
该实施例中，同时提出一种经由上述实施例5的制造方法所制得的微流控器件，参阅图3(k)所示，该微流控器件包括下基底层10、上基底层30和设置于二者之间的功能区20，所述功能区20是由至少三层以上微/纳米纤维膜层叠打印构成，其中：中间层是至少包括一层微/纳米纤维膜层中渗透并固化有疏水材料，以构成薄膜-微腔结构的可致动薄膜部分，中间层的其中上、下层中，均至少具有一层微/纳米纤维膜层中渗透并固化有疏水材料，所述疏水材料按照设定的图案形成以构建出构建微流控疏水壁垒，从而构建出2D分布或3D分布的微流道。于该实施例中，所述功能区20中微流道是中空的。
实施例7：
再次参阅图3以及同时参阅图4所示，该实施例7是在实施例5的基础上进行改进，具体的：不同于该实施例中功能区20中第一层微/纳米纤维膜101、第二层微/纳米纤维膜102、第三层微/纳米纤维膜103和第四层微/纳米纤维膜104的基层的微/纳米纤维材料均是采用PVA纳米级纤维作为打印材料，该实施中，第一层微/纳米纤维膜101的基层的打印材料选用PI(聚酰亚胺，Polyimide)或其他难以降解或溶解的材料，而第三层微/纳米纤维膜103的基层打印材料则选用PVA纳米级纤维或其他可降解或溶解的材料打印，而其他实施方式和实施条件均与实施例5类似，从而其在步骤S8中,参阅图4(k’)，不同于图3(k)，最后该器件功能区20中的微/纳米纤维材料是部分被移除，即第一层微/纳米纤维膜101的微流道中的微/纳米纤维材料未移除，而第三层微/纳米纤维膜103的微流道中的微/纳米纤维材料被移除。
实施例8：
该实施例中，同时提出一种经由上述实施例7的制造方法所制得的微流控器件，参阅图4(k’)所示，该微流控器件包括下基底层10、上基底层30和设置于二者之间的功能区20，所述功能区20是由至少三层以上微/纳米纤维膜层叠打印构成，其中：中间层是至少包括一层微/纳米纤维膜层中渗透并固化有疏水材料，以构成薄膜-微腔结构的可致动薄膜部分，中间层的其中上、下层中，均至少具有一层微/纳米纤维膜层中渗透并固化有疏水材料，所述疏水材料按照设定的图案形成以构建出构建微流控疏水壁垒，从而构建出2D分布或3D分布的微流道。于该实施例中，所述功能区20中微流道有部分是中空的，有部分还填充有微/纳米纤维材料(亲水)。该微流控器件在一些场合下，可以得到应用；如，该微流控器件在流体泵送、冷却散热等场合下具有广泛的应用前景。
针对上述各实施例的制造方法，为了借助计算机自动化***控制连续性的操作以实现高效制造，本发明还提出以下制造设备。
实施例9：
参阅图5所示，该实施例提出一种制造装置，可用于规模制造如上所述的微/纳米纤维基微流控器件，该实施例的制造装置具体包括：包括高压直流电源1、注射泵***2、喷头模块3、收集板4、X轴移动平台5、Y轴移动平台6、Z轴移动平台7、打印工控***8、计算机9、喷头安装模块11和CCD照相模块12。
该实施例中，由X轴移动平台5、Y轴移动平台6、Z轴移动平台7构成一个三维位移执行组件，并由打印工控***8对该三维位移执行组件进行具体执行上的控制。该实施例具体的：X轴移动平台5的导轨固定连接于Y轴移动平台6的移动座上，X轴移动平台5的移动座上用于固定连接收集板4，从而通过X轴移动平台5、Y轴移动平台6来带动收集板4在其所处的平面内做XY坐标平移，以改变喷头模块3与收集板4的相对横纵位置，从而对收集板4上所固定的下基底层按照打印路径依次打印沉积各层纳米级纤维膜层和转移疏水材料；Z轴移动平台7的移动座通过喷头安装模块11固定连接喷头模块3，该喷头安装模块11包括两端与Z轴移动平台7的二移动座分别固定连接的过渡板和设置于该过渡板中间的固定座，所述固定座上再通过螺锁锁固以固定安装该喷头模块3，且过渡板与Z轴移动平台7的移动座连接。该实施例的图示中，仅以滑动轨道副的方式来展示各移动平台的实现结构，但实际应用中，可以根据结构设计需求来采用不同的移动平台结构来实现。
本实施例中为了能够更快速的打印以提供打印效率，该喷头模块3是采用三个喷头的结构设计，对应的，该喷头安装模块11上的固定座设计了三个安装位置，用于分别安装该喷头模块3的三个喷头；作为该实施例优选的，三个喷头分别为静电纺丝喷头、熔融静电直写喷头和静电喷印喷头。该实施例的喷头模块3采用多喷头可以快速的切换不同的打印材料以及打印模式，大大提高打印效率。当然了，再不考虑打印效率的情况下，该实施例的喷头模块3也是可以采用单喷头的结构设计。
该实施例中，还在该喷头安装模块11的过渡板上安装一个CCD照相模块12以采集打印作业时的图像，并反馈至计算机9，计算机9根据图像反馈以指导和纠正喷头模块3的打印作业。
注射泵***2与喷头模块3通过软管连接，以将打印材料通过注射泵***2输送至喷头模块3进行打印，本实施例采用硅胶管连接。该实施例中，喷头模块3位于收集板4的正上方，该收集板4上设有温度控制单元，以对收集板4的温度进行调节控制；
高压直流电源1用于产生打印作业(电液耦合喷印打印技术)所需的电源，该实施例中，高压直流电源1的正极电性连接于喷头模块3，高压直流电源1的负极电性连接于收集板4(也可以互换极性)；同时，收集板4需要接地以提高用电安全。
该实施例中，打印工控***8与X轴移动平台5、Y轴移动平台6和Z轴移动平台7进行电控连接，以控制其进行相应维度上的位移动作的具体执行；
该实施例中，计算机9与打印工控***8连接，由于该实施例中的打印作业通常需要一个专门的上位机程序(打印程序)来计算，再传输具***移指令和注射通断指令给打印工控***8，进而驱动X轴移动平台5、Y轴移动平台6和Z轴移动平台7以执行相应维度上的位移动作，及控制注射泵***2的动作。
下面以该实施例的制造装置进行上述实施例1或5的制造方法以制造微流控器件为例进行说明，包括以下操作过程：
1)开启收集板4上的温度控制单元，将收集板4的温度保持在100～120℃之间，以对后续打印的聚合物溶液(如PDMS)进行加热固化。
2)首先将下基底层固定于收集板4(该收集板4上进一步可以包括辅助固定的夹具)上，通过Z轴移动平台7调节喷头模块3与下基底层的高度，然后控制开启注射泵***2和高压直流电源1并调节电压；当注射泵***2开始工作时，形成微/纳米纤维膜材料的打印溶液按照给定的纺丝速度和时间液输送到静电纺丝喷头，最后由计算机9载入打印程序计算后并传输至打印工控***8，使其根据预先设计好的程序和路径来控制X轴移动平台5和Y轴移动平台6的移动以进行静电纺丝打印，从而在收集板4上进行沉积微/纳米纤维膜并通过CCD照相模块12观察形貌，以根据图像反馈以指导和纠正喷头模块3的打印作业。该过程中，打印的微/纳米纤维膜层主要是使用静电纺丝打印技术进行，通过高压直流电源1产生的高压电场的作用将带电的打印材料溶液(PVA)拉伸成微/纳米纤维物质，首先由注射泵***2提供一定的速度输送到喷头模块3(静电纺丝喷头)上的纺丝针头，由于高压直流电源1正极接喷头模块3(静电纺丝喷头)上的，负极接收集板4，二者之间被施加了高压电场，在电场的拉伸力作用下促使打印材料溶液呈射流向下喷射，层层沉积得到微/纳米纤维膜。
3)当微/纳米纤维膜达到一定的厚度(如优选的40～60μm)，控制将注射泵***2关闭；控制重新通过Z轴移动平台7调节喷头模块3与基底的距离，并再次调节高压直流电源1的电源电压，然后控制注射泵***2将PDMS疏水材料输送到熔融静电直写喷头或静电喷印喷头。
4)打印工控***8控制调节X轴移动平台5和Y轴移动平台6，按照计算机9设计的微流控图案进行构建微流控疏水壁垒的局部打印或进行全面覆盖打印，打印方式是根据选用的熔融静电直写喷头或静电喷印喷头的其中之一而选择进行熔融静电直写打印或静电喷印打印或者交替进行。如果采用熔融静电直写打印，则加热喷头模块3(熔融静电直写喷头)并保持在合适的温度，使得喷头中的打印材料(PDMS疏水材料)保持熔融状态，并具有合适的喷印粘度，喷头通过导线接高压直流电源1的正极，收集板4接高压直流电源1的负极，喷头模块3(熔融静电直写喷头)与收集板4之间通过高压直流电源1施加形成高压静电场，在电场力的作用下疏水材料以喷射雾滴的形式在微/纳米纤维膜上，调节收集板4的移动速度并按照特定的路径运动以构建出疏水层图案，从而在收集板4上喷印形成相应结构。
5)PDMS疏水材料打印后，打印的微流道图案或者全面覆盖图案，在收集板4的温控单元的作用下热固化形成疏水的壁垒或可致动薄膜部分。
6)根据所需要制造的微流控器件的层数以及功能区中微流道基本单元或微阀基本单元的结构要求，还可以多次循环执行上述2)至5)的过程，直至完成微/纳米纤维基2D或3D的微流控器件的制造。
该实施例中，作为执行静电纺丝打印、熔融静电直写打印、静电喷印打印的控制中，控制喷头模块3与收集板4上的下基底层之间的距离参数是有效实施的关键。该实施例中，进行静电纺丝打印时，喷头模块3与基底的距离应设定为1～200mm；进行静电喷印打印或熔融静电直写打印时，喷头模块3与基底的距离应设定为0～5mm。
实施例10：
参阅图6所示，该实施例提出另一种制造装置，可用于规模制造如上所述的微/纳米纤维基微流控器件，该实施例的制造装置具体包括：包括高压直流电源1、注射泵***2、喷头模块3、收集板4、X轴移动平台5、Y轴移动平台6、Z轴移动平台7、打印工控***8、计算机9、喷头安装模块11和CCD照相模块12。
该实施例10与上述实施例9基本相同，不同之处仅在于：该该实施例中，喷头模块3被固定于固定支架上，而由X轴移动平台5、Y轴移动平台6、Z轴移动平台7构成的一个三维位移执行组件用于驱动收集板4做三维运动，从而通过X轴移动平台5、Y轴移动平台6、Z轴移动平台7共同作用来带动收集板4在其所处的平面内做XY轴平面坐标平移和Z轴的高度移动，以及改变喷头模块3与收集板4的相对位置和高度。这样，也可以实现与上述实施例9相同的打印作业操作。
该实施例的制造装置进行上述实施例1或5的制造方法以制造微流控器件的操作过程与上述实施例9基本相似，包括以下操作过程：
1)开启收集板4上的温度控制单元，将收集板4的温度保持在100～120℃之间，以对后续打印的聚合物溶液(如PDMS)进行加热固化。
2)首先将下基底层固定于收集板4(该收集板4上进一步可以包括辅助固定的夹具)上，通过Z轴移动平台7调节收集板4上的下基底层的相对于喷头模块3的高度，然后控制开启注射泵***2和高压直流电源1并调节电压；当注射泵***2开始工作时，形成微/纳米纤维膜材料的打印溶液按照给定的纺丝速度和时间液输送到静电纺丝喷头，最后由计算机9载入打印程序计算后并传输至打印工控***8，使其根据预先设计好的程序和路径来控制X轴移动平台5和Y轴移动平台6的移动以进行静电纺丝打印，从而在收集板4上进行沉积微/纳米纤维膜并通过CCD照相模块12观察形貌，以根据图像反馈以指导和纠正喷头模块3的打印作业。
3)当微/纳米纤维膜达到一定的厚度(如优选的40～60μm)，控制将注射泵***2关闭；控制重新通过Z轴移动平台7调节收集板4上的下基底层的相对于喷头模块3的高度，并再次调节高压直流电源1的电源电压，然后控制注射泵***2将PDMS疏水材料输送到熔融静电直写喷头或静电喷印喷头。
4)打印工控***8控制调节X轴移动平台5和Y轴移动平台6，按照计算机9设计的微流控图案进行建微流控疏水壁垒的局部打印或进行全面覆盖打印，打印方式是根据选用的熔融静电直写喷头或静电喷印喷头的其中之一而选择进行熔融静电直写打印或静电喷印打印或者交替进行。
5)PDMS疏水材料打印后，打印的微流道图案或者全面覆盖图案，在收集板4的温控单元的作用下热固化形成疏水的壁垒或可致动薄膜部分。
6)根据所需要制造的微流控器件的层数以及功能区中微流道基本单元或微阀基本单元的结构要求，还可以多次循环执行上述2)至5)的过程，直至完成微/纳米纤维基2D或3D的微流控器件的制造。
需要说明的是，在其他应用场合下，该实施例中也可以将收集板4固定安装，而三维位移执行组件驱动连接于喷头模块3，通过三维位移执行组件驱动喷头模块3相对收集板4做三维运动。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种含多级微纳结构的微流控器件的制造方法，通过打印的方式沉积微/纳米纤维膜层，然后将筑型流体按照设定图案喷印至微/纳米纤维膜层并固化，以形成含筑型图案及微/纳米纤维膜的基本单元，按照此过程构建至少一层所述的基本单元，其特征在于：还包括：将所述基本单元中未覆盖筑型流体部分的微/纳米纤维膜进行全部移除或选择性移除。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：所述的基本单元是二层以上，并按照层层打印叠加构成。
3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：所述的筑型图案喷印方式包括全面覆盖和/或按照微流道图案进行部分覆盖。
4.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：所述的打印方式是以微/纳米纤维自支撑的增材制造方式进行的。
5.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于：所述的纳米纤维自支撑增材制造方式是基于电液耦合喷印技术。
6.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：所述的微/纳米纤维膜层的材料是：高分子聚合物纳米级纤维、高分子复合材料纳米级纤维或天然纤维的纳米级改性纤维。
7.一种微流控器件，其特征在于：所述的微流控器件包括：下基底层、上基底层、和设置于二者之间的至少包括有微流道基本单元的功能区，所述的功能区是由至少一层或是二层以上微/纳米纤维膜层叠打印构成，其中至少具有一层微/纳米纤维膜层中渗透并固化有疏水材料，所述的疏水材料按照设定的图案形成以构建出构建微流控疏水壁垒，从而所述的功能区中构建出2D分布或3D分布的微流道；其中，所述的功能区中微流道还填充有微/纳米纤维材料、或者是移除了微/纳米纤维材料的中空通道。
8.一种微流控器件，其特征在于：所述的微流控器件包括：下基底层、上基底层、和设置于二者之间的至少包括有微阀基本单元的功能区，所述的功能区是由至少三层以上微/纳米纤维膜层叠打印构成，其中：中间层是至少包括一层微/纳米纤维膜层中渗透并固化有疏水材料，以构成薄膜-微腔结构的可致动薄膜部分，中间层的其中上、下层中，均至少具有一层微/纳米纤维膜层中渗透并固化有疏水材料，所述的疏水材料按照设定的图案形成以构建出构建微流控疏水壁垒，从而构建出2D分布或3D分布的微流道；其中，所述的功能区中的微流道是移除了微/纳米纤维材料的中空通道或者是微流道有部分是中空通道，有部分还填充有微/纳米纤维材料。
9.一种微流控器件的制造装置，所述的制造装置包括：高压直流电源、注射泵***、喷头模块、收集板、位移执行组件和控制***，注射泵***将打印材料输送至喷头模块，以对收集板上固定的下基底层进行电液耦合喷印打印，所述电液耦合喷印打印包括：先通过打印以沉积微/纳米纤维膜基层，再通过打印以将疏水材料按照设定的图案转移至微/纳米纤维膜基层并固化，从而形成微/纳米纤维膜功能层，构建至少一层微/纳米纤维膜功能层以形成微流控器件的功能区，控制***至少用于控制位移执行组件，以改变喷头模块与收集板相对位置，高压直流电源的两输出电极分别连接于喷头模块和收集板，用于产生电液耦合喷印打印所需的高压直流电；其特征在于：所述的喷头模块是采用三个喷头，分别为：静电纺丝喷头、熔融静电直写喷头和静电喷印喷头。
10.根据权利要求9所述的制造装置，其特征在于：所述的制造装置安装操作过程进行：
a)所述的收集板上固定下基底层，
b)通过位移执行组件调节收集板上的下基底层的相对于喷头模块的高度，开启注射泵***和高压直流电源，并调节电压，当注射泵***开始工作时，形成微/纳米纤维膜材料的打印溶液按照给定的纺丝速度和时间液输送到静电纺丝喷头，根据预先设计好的程序和路径通过位移执行组件带动以进行静电纺丝打印，
c)当微/纳米纤维膜达到一定的厚度，将注射泵***关闭，通过位移执行组件调节收集板上的下基底层的相对于喷头模块的高度，并再次调节高压直流电源的电源电压，注射泵***将疏水材料输送到熔融静电直写喷头或静电喷印喷头，
d)根据预先设计好的程序和路径通过位移执行组件带动以设计的微流控图案进行建微流控疏水壁垒的局部打印或进行全面覆盖打印，打印方式是根据选用的熔融静电直写喷头或静电喷印喷头的其中之一而选择进行熔融静电直写打印或静电喷印打印或者交替进行，
e)疏水材料打印后，打印的微流道图案或者全面覆盖图案，固化形成疏水的壁垒或可致动薄膜部分，
其中：进行静电纺丝打印时，喷头模块3与基底的距离应设定为1～200mm；进行静电喷印打印或熔融静电直写打印时，喷头模块3与基底的距离应设定为0～5mm，
f)根据所需要制造的微流控器件的层数以及功能区中微流道基本单元或微阀基本单元的结构要求，多次循环执行上述b)至e)的过程，直至完成微流控器件的制造。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113699599A (zh) * 2021-09-22 2021-11-26 华侨大学 一种微小三维结构的无支撑熔融静电纺丝直写装置

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113522378B (zh) * 2020-04-13 2023-03-17 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 基于电流体动力学的微流控芯片、微量点样装置及方法
CN111569671A (zh) * 2020-04-17 2020-08-25 广东工业大学 一种蜡固封四周的油水分离过滤膜及其制备方法
JP2021175970A (ja) * 2020-04-28 2021-11-04 デクセリアルズ株式会社 検査チップ、及びその製造方法
EP4116405A1 (en) * 2021-07-07 2023-01-11 Koninklijke Philips N.V. Fluidic device and method of manufacturing the same

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0730067A1 (fr) * 1995-03-02 1996-09-04 Compagnie Francaise Eiffel Construction Metallique Façade légère pour bâtiment et son procédé de fabrication
US20080103059A1 (en) * 2001-09-07 2008-05-01 Webb Brian L Microcolumn-platform based array for high-throughput analysis
CN106732840A (zh) * 2017-01-24 2017-05-31 厦门大学 纳米纤维纸基叠层制造微流控芯片的3d打印方法及装置
CN106925360A (zh) * 2017-04-25 2017-07-07 北京化工大学 基于纳米纤维模板法的微流控芯片制作方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
MX2016005353A (es) * 2013-10-23 2017-03-01 Governing Council Univ Toronto Dispositivos microfluidicos digitales impresos, metodos de uso y fabricacion de los mismos.
CN103895226B (zh) * 2014-03-24 2016-05-11 浙江大学 基于3d打印的三维微流控芯片的加工方法及打印装置
CN105642377B (zh) * 2016-01-28 2018-08-24 浙江大学 基于三维打印的无泵驱动微流控芯片制作方法及产品
CN106111219B (zh) * 2016-06-05 2018-01-02 大连大学 基于多版图案化丝网联合印刷技术的三维纸芯片制备方法
CN108554467A (zh) * 2018-03-24 2018-09-21 北京工业大学 一种制作三维微流控芯片的方法
CN108715641B (zh) * 2018-05-25 2022-05-03 湖州斯蔓生物材料有限公司 Pva水凝胶、使用其的复合材料、其制造方法及其应用
CN108893411B (zh) * 2018-06-15 2024-03-08 杭州电子科技大学 基于光固化打印的微流控芯片及其制造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0730067A1 (fr) * 1995-03-02 1996-09-04 Compagnie Francaise Eiffel Construction Metallique Façade légère pour bâtiment et son procédé de fabrication
US20080103059A1 (en) * 2001-09-07 2008-05-01 Webb Brian L Microcolumn-platform based array for high-throughput analysis
CN106732840A (zh) * 2017-01-24 2017-05-31 厦门大学 纳米纤维纸基叠层制造微流控芯片的3d打印方法及装置
CN106925360A (zh) * 2017-04-25 2017-07-07 北京化工大学 基于纳米纤维模板法的微流控芯片制作方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113699599A (zh) * 2021-09-22 2021-11-26 华侨大学 一种微小三维结构的无支撑熔融静电纺丝直写装置
CN113699599B (zh) * 2021-09-22 2022-07-12 华侨大学 一种微小三维结构的无支撑熔融静电纺丝直写装置

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