3D打印光固化技术在微流控器件打印中的应用
微流控芯片（Microfluidic Chips），是一种在微米尺度（特征长度通常为1微米至1毫米）上精确控制和操控流体的技术平台。它通过微加工技术，将生物、化学和医学分析过程中涉及的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元，高度集成到一块仅几平方厘米甚至更小的芯片上，因此也被誉为“芯片上的实验室”（Lab-on-a-chip）。
光固化技术是3D打印制备微流控器件的核心技术之一，主要包括立体光刻（SLA）与数字光投影（DLP）两种类型，凭借高打印精度（10-100μm）、快速固化、表面质量优异、成本适中的优势，成为复杂结构、高精度微流控器件（如微反应器、微混合器、集成功能模块器件）打印的理想选择，其核心应用可从技术特性支撑与典型案例两方面展开：
一、技术特性对微流控器件需求的适配性
光固化技术的核心机制是通过特定波长（365-405nm）光源照射光敏聚合物（由单体、低聚物、光引发剂组成），引发聚合固化，再通过打印平台沿Z轴分层堆叠形成三维结构，工作原理如下图所示。
光固化技术工作原理示意图
该技术天然适配微流控器件需求：
1. 高精度与细尺度制造：可实现亚微米至微米级微通道（最小43μm）与复杂流道网络（如螺旋、阵列孔结构），满足微流控“小尺度效应”对通道尺寸（10-500μm）的要求；且不同打印方向（自上而下/自下而上）的结构差异可按需选择；
2. 光学透明性：光敏树脂固化后通常具备高可见光透过率，支持微流控器件的实时光学监测（如流体流动观察、反应过程追踪）；
3. 快速原型迭代：固化速度快（DLP可实现面固化），能快速验证微流控器件的流道设计合理性，缩短研发周期；
4. 多材料集成潜力：可通过多树脂切换实现功能材料（如绝缘树脂+导电树脂）的一体化打印，为集成传感、催化等功能的微流控器件提供可能。
二、典型应用案例
光固化技术在不同功能微流控器件中的应用，覆盖催化、纳米材料合成、分离等化工场景，关键案例如下：
1. 多材料与复杂结构微流控器件制造
Quero 团队案例：开发多材料光固化3D打印机，通过原料槽倾斜系统与嵌入式蠕动泵实现2种以上树脂的切换与清洁，成功打印含导电电极的微流控芯片—在绝缘树脂层间沉积5层10μm厚的导电树脂作为电极，制备的微通道最小尺寸达43μm，解决了传统单材料打印难以集成功能组件的问题。
芯片截面光学显微镜图与导电树脂沉积截面图
2. 微分离器件制造
Han 团队案例：采用SLA-DLP复合光固化技术，制备尺寸仅250μm的微旋风分离器（μHC微反应器），该器件的三维截面与实物图如下图所示。
基于光固化成型的μHC微反应器三维横截面及μHC微反应器照片
该器件可高效分离亚微米颗粒，最小分离粒径达3.7μm，突破了传统微加工难以制备小型化分离结构的局限，适用于微量流体中颗粒的快速分离。
3. 催化反应微反应器制造
Mei 团队案例：以含Al₂O₃/SiO₂颗粒的光敏树脂为原料，通过SLA技术打印方形、圆形、菱形阵列孔结构的碳—陶瓷复合微反应器。
SLA打印几何阵列结构示意图及不同分辨率下纯陶瓷微观结构SEM图
经氮气烧结保留12.86wt%热解碳，抑制陶瓷颗粒收缩，将载体比表面积提升至0.509m²/g（是传统空气烧结载体的7倍以上），负载MoS₂催化剂后，RhB降解效率达45.95%（是纯MoS₂的1.97倍），5次循环后效率仍保持82.35%，适用于环境催化场景。
4. 纳米材料合成微反应器制造
Riche 团队案例：以Somos Watershed XC 11122光敏树脂为原料，通过SLA技术制备液滴型微反应器。
并行组件与单个液滴微反应器示意图及不同尺寸液滴照片
设计三维流道实现“流不敏感”液滴生成—即使流速波动，仍能稳定产生单分散液滴（粒径跨度达4个数量级），支持多通道并行操作。用于铂纳米颗粒（Pt NPs）连续合成时，反应产率较传统批次工艺近乎翻倍，离子液体可循环使用3次仍保持纯度与反应活性，同时通过液滴隔离机制避免微通道堵塞。
Kumar 团队案例：通过SLA技术制造多层集成微流控芯片
COMSOL模拟优化图及四层结构微反应器的内部通道与器件实物照片
设计非平面多通道结构实现亚秒级（<1s）银纳米颗粒（Ag NPs）合成，产物平均粒径35nm且无需后处理；结合多物理场模拟与机器学习算法，化学发光传感信号强度提升>1300%，还建立了实验参数的智能预测模型，适用于快速纳米合成与智能传感一体化场景。
三、应用中的关键挑战
尽管光固化技术在微流控器件打印中优势显著，仍面临部分局限：
化学稳定性不足：多数光敏树脂耐有机溶剂、强酸强碱能力弱，仅适用于温和化学环境，需通过添加无机填料（如 Al₂O₃、SiO₂）或复合改性提升耐腐蚀性；
工艺缺陷影响性能：光散射易导致 “过度固化” 与特征尺寸展宽，交联过程中的体积收缩会产生内应力，引发器件翘曲、分层；“自上而下” 打印时的氧抑制效应可能导致表面树脂未固化，需通过超声、搅拌等后处理清洁微通道残留原料；
大规模量产受限：虽适合快速原型，但高分辨率打印的串行性（尤其是 SLA）限制了高通量生产，需结合多喷嘴并行等技术优化。
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托托科技 超高精度3D光刻设备 应用
3D打印光固化技术（含SLA与DLP）是微流控器件打印的核心技术，凭借10-100μm的高打印精度、优异光学透明性、快速原型迭代能力及多材料集成潜力，能适配微流控器件对细尺度流道、实时光学监测等需求，已应用于催化、纳米材料合成、分离等化工相关场景。不过该技术仍存在化学稳定性不足、工艺缺陷影响性能、大规模量产受限等挑战。托托科技“织雀®系列”高精度3D光刻设备可提供技术支撑，未来经优化后，将进一步推动微流控器件发展，更好赋能相关领域应用。
