近日，上海理工大学博士研究生黄邵祺、郑璐璐副教授与中国科学院深圳先进技术研究院研究员巫建东以第一作者身份在《自然》旗下期刊《微系统与纳米工程》（Microsystems & Nanoengineering）上发表论文，论文创新提出了“活字印刷式3D模块化微流控制造技术”，该成果由未来光学团队庄松林院士、张大伟教授带领的超精密光学制造团队与中国科学院深圳先进技术研究院、加拿大曼尼托巴大学合作完成，上海理工大学戴博教授、张大伟教授和加拿大曼尼托巴大学Francis Lin教授为通讯作者。
模块化微流控制造技术通过组装各种预制的模块，拼搭出整个微流控系统。近些年，各种模块制造技术及模块组装技术陆续被提出。模块的制造可以通过在晶圆上制备多种微结构，再用类似聚二甲基硅氧烷(PDMS)的弹性材料复刻出模块结构。这些模块可以通过粘接灵活地组装成一个完整的系统。此外，微流控模块也可以利用3D打印制造。
然而，同时满足高打印分辨率、高表面光滑度，以及采用具有生物化学相容性和高度光学透过率的打印材料，对于3D打印技术是一个巨大的挑战。即便使用3D打印模具或铝模具复制PDMS模块，也会因为反复制造模块效率较低，而无法满足小批量生产的需求。此外，研究人员提出了改造注塑模块（如乐高组件）的方案，但该方案较难实现3D结构，且实现几十微米的改造精度也存在难度。除了以上提及的难处，现有的模块化微流控技术难以将功能器件标准化，实现一体化微流控系统。
本研究受活字印刷术的启发，提出了一种3D模块化微流控(3D-FAMM)制造技术，为各种微流体控制模具以及各类功能性器件（阀门、照明光源、显微相机）制定了模块化标准。通过倒模复刻已组装的模具，可制造出复杂结构的微流控系统。研究中，利用3D模块化系统演示了多种应用，包括生成复杂浓度梯度，生成和操控微液滴，以及捕获和共培养细胞。3D模块化技术可以快速制造出各种微流控系统的原型样件，构建片上研究平台，实现高效的概念验证或产品开发阶段的测试及小批量制造。3D模块化技术功能性强、灵活性高，在生命科学领域具有广阔的应用前景。
活字印刷术和3D模块化微流控制造术原理图
双层3D-FAMM芯片的制造
3D-FAMM技术在细胞共培养及耐药性分析中的应用
供稿：光电学院
