一种基于三维打印的无泵驱动流体电路模块制作方法技术

本发明专利技术公开了一种基于三维打印的无泵驱动流体电路模块制作方法，包括：（1）设计带有流道凹槽的流体电路模块基底的三维模型；（2）利用三维打印机打印软件，打印出具有流道凹槽的流体电路模块基底；（3）将打印好的流体电路模块基底具有流道凹槽的一面涂抹一层聚二甲基硅氧烷和固化剂的混合物，烘干；（4）将浆料倒入流道凹槽内，烘干，得到基于三维打印的无泵驱动流体电路模块。流体电路模块可组装成电路，电路主要工作部分为流体，单独模块可独立设计和制造，模块之间有统一接口进行连接。本发明专利技术的制作方法，加工过程简便快捷，生产效率高，易于工业化大规模生产。本发明专利技术方法制得的流体电路模块可实现无限次循环重复利用，大大降低了成本。

A method of making a pump free drive fluid circuit module based on three dimensional printing

The invention discloses a method for making a pump-less driving fluid circuit module based on three-dimensional printing, which comprises: (1) designing a three-dimensional model of a fluid circuit module substrate with a channel groove; (2) printing a fluid circuit module substrate with a channel groove by using a three-dimensional printer printing software; (3) printing a good one. A layer of polydimethylsiloxane and curing agent mixture is coated on one side of the base of the fluid circuit module with a channel groove and dried; (4) The slurry is poured into the channel groove and dried to obtain a pump-less driving fluid circuit module based on three-dimensional printing. The fluid circuit module can be assembled into a circuit. The main working part of the circuit is fluid. The single module can be designed and manufactured independently. There is a unified interface between the modules. The manufacturing method of the invention has the advantages of simple and fast processing process, high production efficiency and easy industrialization and large-scale production. The fluid circuit module prepared by the method of the invention can realize infinite recycling and reuse, and greatly reduces the cost.

【技术实现步骤摘要】
一种基于三维打印的无泵驱动流体电路模块制作方法
本专利技术涉及特种电路制造
，尤其是涉及一种基于3D打印技术制造无驱速度可编程的流体电路模块的制作方法。
技术介绍
流体电路是一种特种电路，通过导电液体作为导电介质传播电信号和电能。相比于金属电路，流体电路一般用于特殊的工作环境或工作用途。流体电路中的导电介质为流体，因而对复杂形状有着很高的适应性，可以应用于难以布线的复杂结构中。同时很多材料对液体具有吸附性，因此流体电路也可以应用于柔性材料的电路设计。甚至在某些条件下，流体电路还会对环境湿度做出反应，达到金属电路所不能做到的环境随变性。流体电路的搭建分为两种，整体式和模块式。整体式流体电路统一设计，整体制造，在制造完成后更改设计困难，而且若一部分电路出现问题，需更换整个流体电路。模块式流体电路是指将电路的基本单元进行拆分，按模块分别设计、分别制造，保留通用的接口。模块化流体电路的优点为制造方便，定制性强，可以按照不同的需求改变电路设计，在其中部分电路失效的时候便于更换。现有的流体电路的制造方法主要是通过浇铸等方法制作出一个带有流道通道的基底，然后通过泵驱动将流体充满流道。这样制造的流体电路模块不支持自定形状，成本高昂，需要外在驱动，而且流道中的流体不易固存在流道内。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于导电流体的模块化电路，为了使流体成为可控的流体电路，本专利技术提供了一种无驱动泵流道的方法，利用纤维素的毛细原理，将导电流体固定在特定流道内。在流道内添加的驱动层里混有电解质粉末，这样的成型的电路加入水就可以直接工作。该电路可以拆分为模块，本专利技术将流体电路拆分为基本的电路元件模块，单独模块可以独立设计，独立制造，模块之间有统一的接口进行连接。此种电路模块既保持了构成整体电路的通用性，也拥有支持特殊功能和自行定制的独特性。该电路的电路模块使用本专利技术中所述的方法制作。基底的打印方式使用3D打印，与浇铸相比，定制性高，小批量生产成本低；流道内附有PDMS保护层，保证流体电路模块可以重复使用；流道内的驱动层材料使用纤维素+电解质粉末的组合，这样流体充满流道无需驱动泵，同时系统只要加入水就可以工作。本专利技术提供了一种基于三维打印技术的无泵驱动的可重复利用的流体电路模块的制作方法，可方便快速的制造流体电路模块。一种基于三维打印的无泵驱动流体电路模块制作方法，包括以下步骤：步骤（1）：设计带有流道凹槽的流体电路模块基底三维模型；步骤（2）：将三维模型生成STL格式，导入三维打印机打印软件，设置好打印参数。利用聚乳酸（PLA）或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物（ABS）等材料打印出具有流道凹槽的流体电路模块基底；步骤（3）：将打印好的基底有流道凹槽的一面涂抹一层聚二甲基硅氧烷料（PDMS），然后将涂抹后的基底放入50~70摄氏度烘干箱烘干40~120分钟。步骤（4）：在流体电路模块基底的流道凹槽内表面铺设一层具有毛细作用力的驱动层，并加入电解质粉末，在烘干后得到基于三维打印的无泵驱动流体电路模块，此流体电路模块在流道内加入水就可以直接使用。驱动层材料可根据实际使用需要选择，需要保证驱动层对待导电液体有毛细作用力，比如对于极性较强的样品，可选择亲水性的驱动层材料；对于极性较弱的样品，可以选择亲油性较强的驱动层材料。步骤（4）铺设驱动层的方法有两种：第一种是铺浆法：将纤维素粉和水以一定的比例进行混合搅拌成浆料，然后将纤维素粉浆料倒入流道凹槽内，然后放入50~70摄氏度烘干箱40~120分钟。所述纤维素粉也可替换为纸浆或者淀粉、几丁质、半纤维素中一种或多种，或者替换为纤维素与淀粉、几丁质、半纤维素中一种或多种的混合物；所述纸浆可选择常见的木浆、草浆、麻浆、苇浆、蔗浆、竹浆、破布浆等。第二种是直接铺垫法：在流道凹槽内铺垫柔性纸张，得到基于三维打印的无泵驱动流体电路模块。步骤（1）中，按照设计需求，构建微流控芯片基底模型可采用现有成熟技术，可通过计算机辅助设计CAD(ComputerAidedDesign)软件得到三维模型图，可使用商业CAD软件，诸如CorelDraw，Solidworks等设计。在打印过程中，可以使用多种打印方式实现，例如FDM、DLP等。为提高打印精度，可适当提高FDM打印的填充率，作为优选，打印过程中填充率为50~80%；进一步优选的填充率为60%，由于芯片基底大小为厘米级别的，打印时间也相对较短。流道凹槽的深度可根据需求设置成0.2mm-1mm。步骤（3）中，PDMS为聚二甲基硅氧烷和固化剂的混合物。所述的固化剂为与现有技术中与聚二甲基硅氧烷配套的固化剂，聚二甲基硅氧烷和固化剂的质量比一般为（8-15）:1。通过在流道凹槽一面均匀涂一层PDMS可以有效得在流道表面形成一层防护膜，阻止了试剂渗透进PLA芯片基底。同时本专利技术利用按特定比例配置好的PDMS对流道凹槽表面进行改性，令流道具有较好的疏水性和表面质量，从而来达到可重复利用的目的。步骤（4）中，纤维素粉和去离子水以质量比1:（3-8）的配比进行混合，倒入流道时应利用液体表面张力的原理使流道里的浆料达到饱和状态。在这种状态下才能得到烘干后平整的流道效果。当纤维素粉替换为其他粉体时，可根据需要调整粉体与水的质量比，以满足实际需要。在驱动层中加入的电解质粉末可以根据具体电路需求进行调整。完成以上四个步骤之后就完成了整个流体电路模块的制作，本方法制得的流体电路模块在使用过之后，可以用水清洗掉流道内的纤维素粉（或者其他粉体），重复步骤（4）就可以实现流体电路模块的重复利用。利用本专利技术的制备方法可以制作各种结构的流体电路模块。本专利技术利用3D打印技术制作基底，采用铺粉的方式，来制得流体电路模块。作为优选，所使用的粉为纤维素粉，为白色无臭无味粉末，不溶于水、丙酮、乙醇或甲苯，性质稳定，非常适合作为检测实验载体。纤维素粉的直径大小为74-125µm，微米级别大小的颗粒聚集体具有毛细作用，通过毛细作用可以让检测试剂在流道里自动流到反应池，无需其他外力驱动，大大简化了检测所需的条件，让本专利技术可以应用在各种特种电路实验环境。本方法具有可重复利用、无泵驱动、流动速度可调、流道分辨率高、成本低等优点。有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：本专利技术基于3D打印的流体电路模块的制作方法，加工过程简便快捷，生产效率高，易于工业化大规模生产。通过本专利技术方法制得的流体电路模块基底理论上可以实现无限次循环重复利用，大大降低了成本。由于本方法采用的是纤维素粉作为流道介质，通过毛细作用来实现试剂的流动，无需精密的气泵驱动装置，方便检测。其次，白色的纤维素粉作为介质，在多通路的电路系统中，方便于加入各种介质以区别不同的回路。本专利技术的流体电路模块可以进行叠加和组装操作，可以仅打印几种基本电路模块进行组装，就可以得到一个复杂的电路系统。各模块之间的组装简单，自由度高，可以实现多种有定制需求的电路搭建。对于实验条件的要求较低，加入水整个电路就可以开始工作。附图说明图1为使用本专利技术方法搭建的交通灯电路示意图。图2为本专利技术中流体电路模块制作流程图。图3为本专利技术中流体电路模块基底的示意图。图4为本专利技术中流体电路模块基底流道凹槽中放置模具并填充了纤维素粉浆料的示意图。图5为本专利技术中最终制得的流体电路模块示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于三维打印的无泵驱动流体电路模块制作方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）设计带有流道凹槽的流体电路模块基底的三维模型；（2）将三维模型导入三维打印机中，利用三维打印机打印软件，打印出具有流道凹槽的流体电路模块基底；（3）将打印好的流体电路模块基底具有流道凹槽的一面涂抹一层聚二甲基硅氧烷和固化剂的混合物，烘干；（4）在流体电路模块基底的流道凹槽内表面铺设一层对待测样品具有毛细作用力的驱动层，所述驱动层添加有电解质粉末，得到基于三维打印的无泵驱动流体电路模块。

【技术特征摘要】
1.一种基于三维打印的无泵驱动流体电路模块制作方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）设计带有流道凹槽的流体电路模块基底的三维模型；（2）将三维模型导入三维打印机中，利用三维打印机打印软件，打印出具有流道凹槽的流体电路模块基底；（3）将打印好的流体电路模块基底具有流道凹槽的一面涂抹一层聚二甲基硅氧烷和固化剂的混合物，烘干；（4）在流体电路模块基底的流道凹槽内表面铺设一层对待测样品具有毛细作用力的驱动层，所述驱动层添加有电解质粉末，得到基于三维打印的无泵驱动流体电路模块。2.根据权利要求1所述的基于三维打印的无泵驱动流体电路模块制作方法，其特征在于，所述驱动层的铺设方法为：将具有毛细作用力的粉体浆料倒入流道凹槽内，烘干；所述粉体浆料为纤维素粉，或纸浆、淀粉、几丁质、半纤维素中的一种或多种组合，或纤维素与淀粉、几丁质、半纤维素中一种或多种的混合物。3.根据权利要求1所述的基于三维打印的无泵驱动流体电路模块制作方法，其特征在于，所述驱动层的铺设方法：在流道凹槽内铺垫具有毛细作用力的柔性纸张，得到基于三维打印的无泵驱动流体电路模块。4.根据权利要求1、2或3任一项所述的基于三维打印的无泵驱动流体电路模块制作方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺永，王昊轩，高庆，聂晶，
申请(专利权)人：苏州智能制造研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32