一种基于3D打印装置的微流控芯片制备方法[发明专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011441682.1
(22)申请日 2020.12.08
(71)申请人 南通大学
地址 226019 江苏省南通市啬园路9号
(72)发明人 张华丽　孙新宇　仲小祥　耿迁迁　
(74)专利代理机构 南京经纬专利商标代理有限
公司 32200
代理人 王毅
(51)Int.Cl.
B29C 64/112(2017.01)
B29C 64/236(2017.01)
B29C 64/314(2017.01)
B29C 64/30(2017.01)
B29C 64/295(2017.01)
B33Y 10/00(2015.01)
B33Y 30/00(2015.01)B33Y 40/00(2020.01)B33Y 40/10(2020.01)
(54)发明名称一种基于3D打印装置的微流控芯片制备方法(57)摘要本发明提供了一种基于3D打印装置的微流控芯片制备方法，包括如下步骤：S10将待打印的微流控芯片的三维图纸存储至所述3D打印装置的控制系统中；S20将琼脂糖水凝胶置于加热箱内，加热成熔融琼脂糖；以及S30开启3D打印装置，所述控制系统控制喷头移动完成微流控芯片的打印任务；其中，所述控制系统通过温度控制器控制所述喷头输出的熔融琼脂糖的温度。

本发明的一种基于3D打印装置的微流控芯片制备方法，通过3D打印技术，直接使用琼脂糖水凝胶制备微流控芯片，且在打印的过程中使用温度控制器控制琼脂糖保持熔融状态，简化了微流控芯片制备工艺，促进了3D打印技术在微流控芯片领域
中的应用。

权利要求书1页 说明书3页 附图2页CN 112549532 A 2021.03.26
C N 112549532
A
1.种基于3D打印装置的微流控芯片制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S10将待打印的微流控芯片的三维图纸存储至所述3D打印装置的控制系统中；
S20将琼脂糖水凝胶置于加热箱内，
加热成熔融琼脂糖；以及S30开启3D打印装置，所述控制系统控制喷头移动完成微流控芯片的打印任务；
其中，所述控制系统通过温度控制器控制所述喷头输出的熔融琼脂糖的温度。

2.根据权利要求1所述的基于3D打印装置的微流控芯片制备方法，其特征在于，所述3D 打印装置包括：
机架，设置在底座上；
所述加热箱，通过第一支座设置在所述机架上，所述加热箱用于加热琼脂糖水凝胶，为所述3D打印装置提供打印墨水；
所述喷头，通过移动机构设置在所述机架上，所述喷头通过管道与所述加热箱连通；所述温度控制器，设置在所述喷头与所述加热箱之间，用于控制输出至所述喷头的熔融态琼脂糖的温度；以及
基底，用于承载在打印的微流控芯片，所述底座上设有水平轨道，所述基底可沿所述水平轨道滑移。

3.根据权利要求2所述的基于3D打印装置的微流控芯片制备方法，其特征在于，所述移动机构包括横向导轨以及竖向导轨，所述喷头可滑动设置在所述横向导轨上，所述横向导轨可滑动设置在所述竖向导轨上，所述竖向导轨设置在所述机架上。

4.根据权利要求2所述的基于3D打印装置的微流控芯片制备方法，其特征在于，所述基底下方设置恒温加热器，所述恒温加热器的加热温度为40±1℃。

5.根据权利要求2所述的基于3D打印装置的微流控芯片制备方法，其特征在于，所述管道外设有保温材料。

6.根据权利要求3所述的基于3D打印装置的微流控芯片制备方法，其特征在于，所述步骤S30包括：
S31所述控制系统将所述加热箱内的熔融态琼脂糖泵送至所述喷头；
S32所述控制系统控制所述喷头移动位置按照待打印的微流控芯片的三维图纸进行打印；
S33在打印的过程中所述控制系统通过温度传感器实时采集所述喷头处的熔融态琼脂糖的温度，当熔融态琼脂糖的温度低于预设温度时，所述控制系统启动温度控制器调整熔融态琼脂糖的温度至预设温度，至打印完成，获得微流控芯片。

7.根据权利要求7所述的基于3D打印装置的微流控芯片制备方法，其特征在于，所述预设温度为63±1℃。

8.根据权利要求7所述的基于3D打印装置的微流控芯片制备方法，其特征在于，当打印结束所述喷头需要断料时，所述控制系统控制所述温度控制器降低所述熔融态琼脂糖的温度使其迅速的凝固。

权　利　要　求　书1/1页CN 112549532 A
一种基于3D打印装置的微流控芯片制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及微流控芯片制备技术领域，具体涉及一种基于3D打印装置的微流控芯片制备方法。

背景技术
[0002]3D打印技术最早起源于美国。

1892年，J.E.Blanther在其专利中曾建议用分层制造法构造地形图。

1902年，Carlo Baese的专利提出了用光敏聚合物制造塑料件的原理。

1940年，Perera提出了在硬纸板上切割轮廓线，然后将这些硬纸板粘结成三维地形图的方法。

20世纪50年代之后，出现了几百个有关3D打印技术的专利。

20世纪80年代末之后3D打印技术出现了根本性的发展，出现了3D打印的新方法和工艺，注册了更多的3D打印方面的新专利。

在欧美成立了3D打印设备的公司。

20世纪90年代初期我国开始进行研究。

随着3D打印技术工艺、材料和装备的逐渐成熟，3D打印工艺技术由快速成形阶段发展进入新的快速制造阶段。

[0003]3D打印属于快速成型技术的一种。

它是一种以数字模型文件为基础的直接制造技术，几乎可以制造任意三维实体。

3D打印运用粉末金属或塑料等可粘合材料，通过逐层堆叠累积的方式构造物体，即‘积层制造’。

[0004]传统的微流控芯片制备需要制备掩膜版、甩胶、光刻、显影等复杂工艺完成，其制备工艺复杂，制备周期长，成本高，对加工技术要求高。

发明内容
[0005]为了解决上述问题，本发明提供一种基于3D打印装置的微流控芯片制备方法，通过3D打印技术，直接使用琼脂糖水凝胶制备微流控芯片，且在打印的过程中使用温度控制器控制琼脂糖保持熔融状态，简化了微流控芯片制备工艺，促进了3D打印技术在微流控芯片领域中的应用。

[0006]为了实现以上目的，本发明采取的一种技术方案是：
[0007]一种基于3D打印装置的微流控芯片制备方法，包括如下步骤：S10将待打印的微流控芯片的三维图纸存储至所述3D打印装置的控制系统中；S20将琼脂糖水凝胶置于加热箱内，加热成熔融琼脂糖；S30开启3D打印装置，所述控制系统控制喷头移动完成微流控芯片的打印任务；其中，所述控制系统通过温度控制器控制所述喷头输出的熔融琼脂糖的温度。

[0008]进一步地，所述3D打印装置包括：机架，设置在底座上；所述加热箱，通过第一支座设置在所述机架上，所述加热箱用于加热琼脂糖水凝胶，为所述3D打印装置提供打印墨水；所述喷头，通过移动机构设置在所述机架上，所述喷头通过管道与所述加热箱连通；温度控制器，设置在所述喷头与所述加热箱之间，用于控制输出至所述喷头的熔融态琼脂糖的温度；以及基底，用于承载在打印的微流控芯片，所述底座上设有水平轨道，所述基底可沿所述水平轨道滑移。

[0009]进一步地，所述移动机构包括横向导轨以及竖向导轨，所述喷头可滑动设置在所
述横向导轨上，所述横向导轨可滑动设置在所述竖向导轨上，所述竖向导轨设置在所述机架上。

[0010]进一步地，所述基底下方设置恒温加热器，所述恒温加热器的加热温度为40±1℃。

[0011]进一步地，所述管道外设有保温材料。

[0012]进一步地，所述步骤S30包括：S31所述控制系统将所述加热箱内的熔融态琼脂糖泵送至所述喷头；S32所述控制系统控制所述喷头移动位置按照待打印的微流控芯片的三维图纸进行打印；S33在打印的过程中所述控制系统通过温度传感器实时采集所述喷头处的熔融态琼脂糖的温度，当熔融态琼脂糖的温度低于预设温度时，所述控制系统启动温度控制器调整熔融态琼脂糖的温度至预设温度，至打印完成，获得微流控芯片。

[0013]进一步地，所述预设温度为63±1℃。

[0014]进一步地，当打印结束所述喷头需要断料时，所述控制系统控制所述温度控制器降低所述熔融态琼脂糖的温度使其迅速的凝固。

[0015]本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
[0016]本发明的一种基于3D打印装置的微流控芯片制备方法，采用琼脂糖水凝胶为原料，通过3D打印技术，直接使用微流控芯片三维图纸制备微流控芯片，且在打印的过程中使用温度控制器控制琼脂糖保持熔融状态，简化了微流控芯片制备工艺，提高了微流控芯片的制备效率，促进了3D打印技术在微流控芯片领域中的应用。

附图说明
[0017]下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其有益效果显而易见。

[0018]图1所示为本发明一实施例的基于3D打印装置的微流控芯片制备方法流程图；[0019]图2所示为本发明一实施例的3D打印装置的结构图。

[0020]图中附图标记：
[0021]1底座、2机架、3加热箱、31第一支座、4喷头、41温度控制器、42电机箱、43喉管、44温度传感器、45管道、51横向导轨、52竖向导轨、53尾座、6基底、7微流控芯片。

具体实施方式
[0022]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0023]本实施例提供了一种基于3D打印装置的微流控芯片制备方法，如图1所示，包括如下步骤：S10将待打印的微流控芯片的三维图纸存储至所述3D打印装置的控制系统中。

S20将琼脂糖水凝胶置于加热箱3内，加热成熔融琼脂糖。

以及S30开启3D打印装置，所述控制系统控制喷头4移动完成微流控芯片的打印任务。

其中，所述控制系统通过温度控制器41控制所述喷头4输出的熔融琼脂糖的温度。

[0024]如图2所示，所述3D打印装置包括机架2、所述加热箱3、所述喷头4、所述温度控制
器41以及基底6，所述机架2设置在底座1上，所述加热箱3通过第一支座31设置在所述机架2上，所述加热箱3内设置电热丝以及泵，所述电热丝以及所述泵与所述控制系统电连接，所述加热箱3可通过所述电热丝加热琼脂糖水凝胶至熔融状态，并将熔融状态琼脂糖作为所述3D打印装置的打印墨水，并通过所述泵输出至所述喷头4。

琼脂糖凝胶是以琼脂糖为支持介质制备的凝胶。

琼脂糖分为一般琼脂糖和经化学修饰后熔点降低的低熔点琼脂糖，琼脂糖的熔点在62～65℃之间，融化后在37℃下可维持液态数小时，30℃时凝固成胶。

生物兼容性好，便宜。

[0025]所述控制系统设置在电机箱42内，所述电机箱42设置在移动机构上。

所述喷头4的一端通过喉管43与管道45连接，所述喷头4的另一端输出至所述基底6。

所述喉管43处设置分别与所述控制系统相连的温度传感器44以及温度控制器41，所述控制系统通过所述温度传感器44获取所述喷头4处实时的温度，所述温度控制器41设置在所述喷头4与所述加热箱3之间的所述喉管43内，用于控制输出至所述喷头4的熔融态琼脂糖的温度，所述温度控制器41用于实时调整所述喷头4内的温度，确保在3D打印的过程中琼脂糖处于熔融状态。

为了防止热量损失，在3D打印的过程中，所述喉管43、所述管道45等有熔融琼脂糖溶液流经的位置经进行了保温处理，采用PPR复合材料粘贴在待保温处，优选保温层的厚度为1mm。

[0026]所述移动机构包括横向导轨51以及竖向导轨52，所述喷头4可通过所述电机箱42滑动设置在所述横向导轨51上，优选所述管道45穿过所述电机箱42与所述喉管43连接，进而所述加热箱3内熔融琼脂糖可以泵送至所述喷头4内。

所述喷头通过所述电机箱3设置在所述横向导轨51上，所述横向导轨51可滑动设置在所述竖向导轨52上，所述竖向导轨52设置在所述机架2上。

优选所述横向导轨51远离所述喷头4的一端设置尾座53，所述尾座53用于确保3D打印的稳定性。

[0027]所述基底6用于承载在打印的微流控芯片7，所述底座1上设有水平轨道，所述基底6可沿所述水平轨道滑移，进而通过所述横向导轨51、所述竖向轨道52以及所述水平轨道的配合实现所述喷头4在所述基底6上三维方向上打印。

所述基底6下方设置恒温加热器，所述恒温加热器的加热温度为40±1℃，便于打印完成的所述微流控芯片7的抓取，防止粘连在所述基底6上拿不下来。

[0028]所述步骤S30包括：S31所述控制系统将所述加热箱3内的熔融态琼脂糖泵送至所述喷头4。

S32所述控制系统控制所述喷头4移动位置按照待打印的微流控芯片7的三维图纸进行打印。

S33在打印的过程中所述控制系统通过温度传感器44实时采集所述喷头4处的熔融态琼脂糖的温度，当熔融态琼脂糖的温度低于预设温度时，所述控制系统启动温度控制器41调整熔融态琼脂糖的温度至预设温度，至打印完成，获得微流控芯片7。

因为琼脂糖水凝胶的熔化温度为62～65℃，所述预设温度优选为63±1℃，确保打印过程中的流动性。

[0029]当打印结束所述喷头4需要断料时，所述控制系统控制所述温度控制器41降低所述熔融态琼脂糖的温度使其迅速的凝固，即节约了原料又防止原料过剩影响了芯片的质量。

[0030]以上所述仅为本发明的示例性实施例，并非因此限制本发明专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

图1
图2。