Microfluïdica is de manipulatie en studie van submicroscopische liters vloeistoffen. Technologieën die gebruik maken van microfluïdica zijn te vinden in veel multidisciplinaire gebieden, variërend van engineering tot biologie. Experimenten kunnen worden uitgevoerd op een apparaat ter grootte van een dollarmunt, vermindering van de hoeveelheid gebruikte reagentia, geproduceerd afval, en de totale kosten. Experimenten kunnen precies op microschaalniveau worden uitgevoerd, biedt kortere reactietijden en verbeterde controle over de reactieomstandigheden.

De huidige gouden standaard voor de fabricage van microfluïdische apparaten is zachte lithografie, waar elastomere materialen worden gegoten op een mal vervaardigd in een cleanroom. Ondanks meerdere wenselijke kenmerken om microfluïdische kanalen te fabriceren, echter, zachte lithografie is een handmatig proces dat moeilijk te automatiseren is. Typisch, zachte lithografie heeft een design-to-prototype cyclus van enkele dagen.

3D-printen kwam naar voren als een aantrekkelijk alternatief voor zachte lithografie. Niet alleen kunnen 3D-printers ontwerp omzetten in echt werkende prototypes in de orde van uren, recente introductie van goedkope 3D-printers maakt 3D-printen in het algemeen toegankelijker voor onderzoekers. De huidige 3D-printtechnologieën voor de fabricage van microfluïdische apparaten hebben enkele beperkingen, namelijk;

• beschikbare materialen voor 3D-printen (bijv. optische transparantie, flexibiliteit, biocompatibiliteit),
• haalbare afmetingen van microkanalen door commerciële 3D-printers,
• integratie van 3D-geprinte microfluïdica met functionele materialen of substraten.

Om deze uitdagingen te overwinnen, Onderzoekers van het Soft Fluidics Lab van de Singapore University of Technology and Design (SUTD) hebben een alternatieve methode ontwikkeld om 3D-printen toe te passen voor de fabricage van microkanalen. De onderzoekers pasten direct ink writing (DIW) 3D-printen van snel uithardende siliconenkit toe om microfluïdische apparaten snel te fabriceren op verschillende substraten (bijv. plastic, en membranen). Het ontwerp van vloeistofkanalen wordt bepaald door de siliconenkit met patroon, terwijl de transparante substraten aan de boven- en onderkant dienen om de kanalen af ​​te dichten. Door het gebruik van transparante substraten kunnen de onderzoekers het kanaal met een microscoop in beeld brengen. Deze methode maakt ook de fabricage mogelijk van microfluïdische kanalen die dynamisch afstembaar zijn in afmetingen, die dienden als kleine kanalen en als afstembare stromingsweerstanden.

"Door de afstand tussen de boven- en ondersubstraten te regelen, we waren in staat om de kanaalbreedte tot ongeveer 30 micron nauwkeurig te verkleinen. Deze laterale afmeting van de kanalen zou moeilijk te verkrijgen zijn als in de handel verkrijgbare 3D-printers zouden worden gebruikt, " zei hoofdauteur Terry Ching, een afgestudeerde student van de pijler Engineering Product Development van SUTD.

"Onze benadering om DIW 3D-printen toe te passen, maakt directe patroonvorming van microkanalen in wezen op elk vlak substraat mogelijk", zegt universitair docent Michinao Hashimoto, de hoofdonderzoeker van het project.

Het team demonstreerde ook het gemak van patroonvorming van siliconenbarrières rechtstreeks op een kant-en-klare printplaat (PCB), onmiddellijk integreren van elektroden in de microkanalen die zouden functioneren als real-time flowsensoren. Snelle integratie van semi-permeabele membranen in microkanalen voor het kweken van keratinocytcellen werd aangetoond.