德國(guó)歷史最悠久的高等學(xué)府——海德堡大學(xué)，作為歐洲科研項(xiàng)目最密集的機(jī)構(gòu)之一，在2022年時(shí)設(shè)立了分子系統(tǒng)工程與先進(jìn)材料研究所（IMSEAM）。為了給繁多的科研項(xiàng)目提供了堅(jiān)實(shí)的后盾，IMSEAM選擇了摩方精密的面投影微立體光刻（PµSL）3D打印技術(shù)，進(jìn)一步確保了微孔板、微流控裝置以及器官芯片等高精度微型部件的精準(zhǔn)制造。通過(guò)PµSL技術(shù)的應(yīng)用，顯著提高了研究流程的效率和科研成果的整體質(zhì)量。這一技術(shù)的集成，為IMSEAM的科學(xué)探索之路開(kāi)啟了新的篇章，實(shí)現(xiàn)了科研創(chuàng)新與精密制造的無(wú)縫對(duì)接。
IMSEAM一直致力于在分子水平上合成和天然的構(gòu)建模塊，創(chuàng)新研發(fā)新材料、新方法和新技術(shù)。目前，IMSEAM旗下設(shè)有四個(gè)研究小組以及兩個(gè)青年研究小組，這些小組致力于材料開(kāi)發(fā)、有機(jī)電子、環(huán)境科學(xué)和生物醫(yī)療領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論與應(yīng)用研究。此外，IMSEAM為校內(nèi)其他研究小組提供了設(shè)備制造與表征服務(wù)（IMSEAM核心設(shè)施）、軟（生物）材料表征以及微流控技術(shù)領(lǐng)域的核心設(shè)施支持。
微流控技術(shù)作為一門(mén)迅速發(fā)展的前沿領(lǐng)域，其應(yīng)用已遍及多個(gè)學(xué)科研究。該技術(shù)涉及從流體動(dòng)力學(xué)的深入理解，到基于液滴的微流控方法以合成細(xì)胞的創(chuàng)建，以及連續(xù)流動(dòng)微流控和構(gòu)建復(fù)雜器官芯片模型的實(shí)踐。微流控核心設(shè)施部門(mén)（µFlu CF）旨在為校內(nèi)所有對(duì)微流控技術(shù)感興趣的研究團(tuán)隊(duì)提供全面的支持，涵蓋項(xiàng)目設(shè)計(jì)、微流控芯片制造，以及生物安全實(shí)驗(yàn)室等各個(gè)環(huán)節(jié)。
該部門(mén)的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Pashapour博士指出：“2022年5月，我們啟動(dòng)了微流控芯片生產(chǎn)與分析所需的設(shè)備的采購(gòu)工作。"在傳統(tǒng)的微流控芯片制造過(guò)程中，通常采用光刻技術(shù)，在涂有光刻膠的硅晶圓上制作主模具。為此，該部門(mén)購(gòu)置了一臺(tái)無(wú)掩模對(duì)準(zhǔn)器，該設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)1至200 μm范圍內(nèi)高度的2D結(jié)構(gòu)的精確制造。為了確保結(jié)構(gòu)高度的一致性，該部門(mén)還需利用干涉輪廓儀進(jìn)行測(cè)量，以監(jiān)控硅晶圓與曝光光刻膠之間的厚度差異，但測(cè)量的公差范圍介于1μm至2-3 mm之間。
Pashapour博士表明：“除了上述工藝流程，我們同樣希望能夠生產(chǎn)具有3D結(jié)構(gòu)的微流控芯片。因此，我們正在探索合適的3D打印技術(shù)解決方案。"
nanoArch® S140：摩方精密10 μm級(jí)3D打印設(shè)備，以其高精度，高公差控制能力，成功實(shí)現(xiàn)了科研級(jí)復(fù)雜微零件的制造。
在完成了深入的市場(chǎng)調(diào)研和全面的評(píng)估之后，IMSEAM選定了一個(gè)代表性的設(shè)計(jì)，并將其提交給四至五個(gè)供應(yīng)商進(jìn)行打印。隨后，IMSEAM對(duì)這些打印件的精度、質(zhì)量和打印效率進(jìn)行了評(píng)估。在挑選打印設(shè)備的過(guò)程中，Pashapour博士著重指出了打印機(jī)在打印狹窄通道時(shí)保持壁面光滑的重要性，以確保在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中避免湍流的發(fā)生。經(jīng)過(guò)嚴(yán)苛的篩選過(guò)程，IMSEAM最終決定采用摩方精密的nanoArch® S140（精度：10 μm）3D打印機(jī)，這是因?yàn)槟Ψ骄苣軌蚓_地制造出滿足設(shè)計(jì)規(guī)格的樣品部件。
摩方精密PμSL 3D打印技術(shù)為科研制造領(lǐng)域帶來(lái)了所需的高分辨率、高準(zhǔn)確性和高精確度。作為一種立體光刻（SLA）技術(shù)，PμSL依賴于數(shù)字光處理引擎（DLP）、精密光學(xué)元件、高精度運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)以及相應(yīng)的軟件。與傳統(tǒng)的SLA技術(shù)相似，PμSL技術(shù)通過(guò)將部件分層，并利用光源投射到液態(tài)光敏樹(shù)脂上來(lái)實(shí)現(xiàn)打印。在曝光區(qū)域內(nèi)，樹(shù)脂中的聚合物發(fā)生交聯(lián)和固化。Pashapour博士評(píng)價(jià)道：“S140這臺(tái)設(shè)備的表現(xiàn)令人難以置信，它能夠制備出非常優(yōu)質(zhì)的樣件，特別符合我們的需求。
為了滿足微流控技術(shù)的高標(biāo)準(zhǔn)需求，IMSEAM采用了nanoArch® S140 3D打印機(jī)，以促進(jìn)其在微流控領(lǐng)域的研究與創(chuàng)新。該打印機(jī)擁有94 x 52 x 45 mm3的構(gòu)建體積，為操作提供了必要的靈活性。該設(shè)備的開(kāi)源特性使得研究所不僅能夠使用摩方精密自主研發(fā)的材料，還能夠選用第三方供應(yīng)商提供的產(chǎn)品，從而進(jìn)一步拓寬了材料選擇的范圍
nanoArch® S140 3D打印機(jī)相較于其他制造商的產(chǎn)品，賦予了用戶更廣泛的打印參數(shù)調(diào)整權(quán)限，這一特點(diǎn)顯著增強(qiáng)了打印的定制性和適應(yīng)性，從而確保能在最佳條件下獲得預(yù)期結(jié)果。設(shè)備安裝就緒后，摩方精密為IMSEAM團(tuán)隊(duì)提供了全面的教學(xué)和操作培訓(xùn)，涵蓋了設(shè)備原理和操作細(xì)節(jié)。為期一周的培訓(xùn)確保了研究團(tuán)隊(duì)對(duì)打印機(jī)各項(xiàng)功能的深入掌握。
Pashapour博士指出，在嘗試打印項(xiàng)目期間，他們通過(guò)售后服務(wù)迅速獲得了支持，響應(yīng)極為迅速。自2023年9月起，nanoArch® S140便保持全天候運(yùn)行，僅在圣誕節(jié)假期期間暫停。這種不間斷的運(yùn)行狀態(tài)充分體現(xiàn)了打印機(jī)的高效與可靠性。Pashapour博士還提到，團(tuán)隊(duì)已進(jìn)行了一次膜的更換，并參加了在線培訓(xùn)課程，旨在進(jìn)一步提高打印技術(shù)并優(yōu)化打印流程。
IMSEAM的微流控核心設(shè)施部門(mén)（µFlu CF）已成功部署了摩方精密PμSL 3D打印技術(shù)，特別是其在玻璃基板上直接打印黃色樹(shù)脂的能力，顯得尤為關(guān)鍵。Pashapour博士強(qiáng)調(diào)，這種能力為微流控過(guò)程的分析提供了更清晰和直觀的觀察視角，進(jìn)而促進(jìn)了對(duì)于微流控機(jī)制更深入的理解。
盡管如此，Pashapour博士也提及了所面臨的一些挑戰(zhàn)，尤其是在將玻璃板在構(gòu)建平臺(tái)上進(jìn)行微米級(jí)精度對(duì)齊的過(guò)程中。目前，團(tuán)隊(duì)主要依靠卡尺來(lái)完成這一任務(wù)，但Pashapour博士期望未來(lái)能夠獲得更先進(jìn)的軟件支持，以提升對(duì)齊的精確度和操作效率。
此外，IMSEAM已成功完成了多個(gè)項(xiàng)目，涵蓋了具有150 μm空腔的立方體、直徑和深度均為80 μm、間距為20 μm的3D打印微孔板，以及用于細(xì)胞誘導(dǎo)變形的100 μm精細(xì)網(wǎng)格。這些項(xiàng)目的成功實(shí)施，不僅展現(xiàn)了nanoArch® S140 3D打印機(jī)在精度方面的優(yōu)異性能，也凸顯了其在微流控領(lǐng)域的關(guān)鍵應(yīng)用潛力。
Pashapour博士還表示，他們期望能夠利用彈性材料進(jìn)行打印，例如用于合成肺的器官芯片。同時(shí)，他們也在探究是否能夠通過(guò)摩方精密2 μm分辨率的打印機(jī)來(lái)制造更加精密的支撐結(jié)構(gòu)。
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