一种通过3D打印制备分形结构微通道的方法技术

本发明专利技术提供一种通过3D打印制备分形结构微通道的方法，包括：1)由计算机绘图软件绘制，并由3D打印机打印出对应的分形结构骨架；2)将所述分形结构骨架固定在培养皿中，并注入聚二甲基硅氧烷溶液至一定高度；3)真空抽取所述聚二甲基硅氧烷溶液中的气泡，加热固化；4)利用溶剂溶解所述分形结构骨架，形成分形结构微通道。本发明专利技术制备工艺简单，无需复杂的仪器和严格地实验室条件，可以多层复杂结构微通道并且不需要组装多个部件，特别适合微流控技术中对复杂结构通道的快速、低成本、大批量制作。

A method of preparing micro channel with fractal structure by 3D printing

The present invention provides a method of micro channel through 3D printing preparation fractal structure includes: 1) drawn by the computer graphics software, and by the 3D printer to print out the corresponding fractal structure framework; 2) the fractal structure of the frame is fixed in a Petri dish, and injection of poly two methyl siloxane solution to a certain height; 3) vacuum extraction of the poly two methyl siloxane solution in the bubble, heating and curing; 4) by solvent dissolving the fractal structure skeleton, the formation of micro channel fractal structure. The invention has the advantages of simple preparation process, no complicated equipment and strict laboratory conditions, can be multi layer structure of micro channel and does not require the assembly of multiple components, especially suitable for microfluidic technology in complex structure of channel low cost and mass production.

【技术实现步骤摘要】
一种通过3D打印制备分形结构微通道的方法
本专利技术属于微加工领域，特别是涉及一种通过3D打印制备分形结构微通道的方法。
技术介绍
微流控技术是一门涉及化学、流体物理、微电子、新材料以及生物学和生物医学工程的新兴交叉学科，具有集成化、微型化的特征。由于微纳尺度下，流体之间的传热传质效率较高且易于控制，所以微流控技术被广泛应用于有机合成、微反应器和化学分析中。除此之外，微流控技术在生物医学领域，如：萃取提纯、病毒及细胞或大分子的分离与检测以及疾病的快速诊断方面具有显著的优势。同时具有分形结构的微通道更是由于自身的自相似性以及较大的比表面积和仿生学设计可以进一步提高系统的传热传质能力同时降低流体流动过程中的压降，所以具有分形结构的微通道在生物医学工程等领域有较大的潜在应用。目前用于微通道制备的材料有很多，包括硅、玻璃、金属、聚甲酸丙烯酸甲酯(PMMA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)在内各种有机无机材料。针对不同的材料和用途其加工方法也有所不同，例如硅和玻璃材料上主要通过光刻和蚀刻技术；聚合物类材料的加工则主要通过软光蚀刻技术。除此之外，常见的微通道制备方法还有湿法蚀刻、干法蚀刻、激光蚀刻、机械加工、注塑加工等等。但是基于以上加工方法的微通道制备技术，其制备工艺对衬底表面质量要求苛刻、制作工艺复杂、有的甚至需要昂贵的曝光和蚀刻设备，成本较高，成品率较低。同时，例如机械加工等方法对于直通道或者规则通道的制备较为简单却很难制备具有分形不规则形状的微通道，同时传统的制备方法也很难制备多层复杂结构微通道的制备。因此，针对复杂的分形结构微通道的制备急需发展一种简单的、易操作的、精度较高的加工方法。从而可以在实验室条件下低成本的批量生产具有分形结构的微通道。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种通过3D打印制备分形结构微通道的方法，用于解决现有技术中对复杂分形结构微通道制备的较难实现、工艺复杂、成本较高的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种通过3D打印制备分形结构微通道的方法，所述方法至少包括：(i)由计算机绘图软件绘制，并由3D打印机打印出对应的分形结构骨架；(ii)将所述分形结构骨架固定在培养皿中，并注入聚二甲基硅氧烷溶液至一定高度；(iii)真空抽取所述聚二甲基硅氧烷溶液中的气泡，加热固化；(iv)利用溶剂溶解所述分形结构骨架，形成分形结构微通道。作为本专利技术通过3D打印制备分形结构微通道的方法的一种优化的方案，所述步骤1)中利用SLA或FDM打印方式打印出对应的分形结构骨架，获得的所述分形结构骨架服从Murray定律。作为本专利技术通过3D打印制备分形结构微通道的方法的一种优化的方案，所述分形结构骨架包括分形结构骨架主体和与所述分形结构骨架主体连接的垂直结构，所述垂直结构伸出所述聚二甲基硅氧烷溶液液面之外。作为本专利技术通过3D打印制备分形结构微通道的方法的一种优化的方案，所述分形结构骨架的材料为聚乳酸、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物或者聚乙烯醇。作为本专利技术通过3D打印制备分形结构微通道的方法的一种优化的方案，所述聚二甲基硅氧烷溶液为重量比10:1的基本组分和固化剂的混合液。作为本专利技术通过3D打印制备分形结构微通道的方法的一种优化的方案，所述基本组分为道康宁公司生产的SYLGARD184硅橡胶双组份套件产品中的A组分，所述固化剂为道康宁公司生产的SYLGARD184硅橡胶双组份套件产品中的B组分。作为本专利技术通过3D打印制备分形结构微通道的方法的一种优化的方案，所述步骤2)中，将所述分形结构骨架固定在所述培养皿中之后，所述分形结构骨架主体距离所述培养皿上下两个面一定距离，注入所述聚二甲基硅氧烷溶液后，所述聚二甲基硅氧烷溶液将所述分形结构骨架主体包裹，所述垂直结构伸出所述聚二甲基硅氧烷溶液液面之外。作为本专利技术通过3D打印制备分形结构微通道的方法的一种优化的方案，所述步骤3)中，通过烘箱进行加热固化处理，加热固化温度80-180℃，固化时间为20-60min。作为本专利技术通过3D打印制备分形结构微通道的方法的一种优化的方案，所述步骤4)中的溶剂溶解所述分形结构骨架，同时不与固化后的聚二甲基硅氧烷发生反应，所述溶剂根据所述分形结构骨架的材料选择，为有机溶剂或者水。作为本专利技术通过3D打印制备分形结构微通道的方法的一种优化的方案，所述步骤5)中，所述分形结构微通道尺寸在100～1000微米如上所述，本专利技术的通过3D打印制备分形结构微通道的方法，包括：1)由计算机绘图软件绘制，并由3D打印机打印出对应的分形结构骨架；2)将所述分形结构骨架固定在培养皿中，并注入聚二甲基硅氧烷溶液至一定高度；3)真空抽取所述聚二甲基硅氧烷溶液中的气泡，加热固化；4)利用溶剂溶解所述分形结构骨架，形成分形结构微通道。本专利技术制备工艺简单，无需复杂的仪器和严格地实验室条件，可以快速、高效、成批量生产具有分形结构的微通道。附图说明图1为本专利技术通过3D打印制备分型结构微通道的流程图。图2为本专利技术步骤1)获得的3D打印分形结构骨架示意图。11.第一垂直支撑，111.第二垂直支撑，12.分形结构骨架主体。图3为本专利技术步骤2)中向固定有分形结构骨架的培养皿中加入PDMS溶液的示意图。21.分形结构骨架连同主体与支撑，22.分形结构固定处，23.10:1配比的PDMS溶液，24.培养皿。图4为本专利技术获得的基于PDMS的分形结构微通道示意图。31.分形结构微通道，32.固化的PDMS凝胶。图5及图6为本专利技术多层分形结构微通道的制备示意图。41.第一分形结构骨架支撑结构，411.第二分形结构骨架支撑，42.第一多层分形结构骨架，43.第二多层分形结构骨架，44.多层分形结构上下层连接骨架，45.多层分形结构微通道，46.固化的PDMS凝胶。具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。本专利技术提供一种通过3D打印制备分形结构微通道的方法，如图1所示，所述方法包括如下步骤：首先执行步骤S1，由计算机绘图软件绘制，并由3D打印机打印出对应的分形结构骨架。本步骤中，所述分形结构骨架的尺寸优先的服从Murray定律，其总体尺寸根据培养皿的容积确定。打印获得的分形结构骨架的材料应具有良好的耐热性和一定的机械强度并能够通过后处理被溶解掉，可以为聚乳酸(PLA)、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物(ABS)以及聚乙烯醇(PVA)等高聚物材料。打印方式也是根据不同的材料可以选择FDM(FusedDepositionModeling)或SLA(光固化成型)打印方式。同时，所述分形结构骨架包括分形结构骨架主体和与所述分形结构骨架主体连接的垂直结构，所述垂直结构应具有一定的长度，可以伸出所述聚二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过3D打印制备分形结构微通道的方法，其特征在于，所述方法至少包括：1)由计算机绘图软件绘制，并由3D打印机打印出对应的分形结构骨架；2)将所述分形结构骨架固定在培养皿中，并注入聚二甲基硅氧烷溶液至一定高度；3)真空抽取所述聚二甲基硅氧烷溶液中的气泡，加热固化；4)利用溶剂溶解所述分形结构骨架，形成分形结构微通道。

【技术特征摘要】
1.一种通过3D打印制备分形结构微通道的方法，其特征在于，所述方法至少包括：1)由计算机绘图软件绘制，并由3D打印机打印出对应的分形结构骨架；2)将所述分形结构骨架固定在培养皿中，并注入聚二甲基硅氧烷溶液至一定高度；3)真空抽取所述聚二甲基硅氧烷溶液中的气泡，加热固化；4)利用溶剂溶解所述分形结构骨架，形成分形结构微通道。2.根据权利要求1所述的通过3D打印制备分形结构微通道的方法，其特征在于：所述步骤1)中利用SLA或FDM打印方式打印出对应的分形结构骨架，获得的所述分形结构骨架服从Murray定律。3.根据权利要求1所述的通过3D打印制备分形结构微通道的方法，其特征在于：所述分形结构骨架包括分形结构骨架主体和与所述分形结构骨架主体连接的垂直结构，所述垂直结构伸出所述聚二甲基硅氧烷溶液液面之外。4.根据权利要求1所述的通过3D打印制备分形结构微通道的方法，其特征在于：所述分形结构骨架的材料为聚乳酸、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物或者聚乙烯醇。5.根据权利要求1所述的通过3D打印制备分形结构微通道的方法，其特征在于：所述聚二甲基硅氧烷溶液为重量比10:1的基本组分和固化剂的混合液。6.根据权利要求5所述的通过3D打印制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：王刚，卢悦，张苏骐，吴明红，唐志永，吕敏，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海,31