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更新時間：2025-12-05點擊次數(shù)：163

隨著3D打印技術(shù)在微流控芯片制造中展現(xiàn)出快速原型制造與復(fù)雜結(jié)構(gòu)成型等優(yōu)勢，為生物醫(yī)學(xué)、化學(xué)分析等領(lǐng)域注入了新的發(fā)展動力。然而，光固化打印工藝所引發(fā)的高昂制造成本與樹脂材料嚴(yán)重浪費問題，也逐漸成為制約該技術(shù)在科研與產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用與推廣的關(guān)鍵瓶頸。數(shù)據(jù)顯示，單次打印任務(wù)完成后，殘留樹脂的比例可高達(dá)約90%。這些殘留物內(nèi)含有的甲基丙烯酸酯類單體，不僅后續(xù)處理程序復(fù)雜、處置成本不菲，還可能潛藏環(huán)境風(fēng)險等問題。

近日，來自意大利卡塔尼亞大學(xué)的研究團(tuán)隊通過系統(tǒng)實驗證明，經(jīng)過再生處理的光固化樹脂可重復(fù)使用三次以上，且制成的微流控器件光學(xué)性能幾乎無衰減。這一突破性發(fā)現(xiàn)為3D打印行業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。該研究以“Micro?optofluidic Devices via Projection Micro?Stereolithography: Impact of Resin Reuse on Optical Sensing Performance"為題，發(fā)表于國際期刊《The International Journal of Advanced Manufacturing Technology》上。

研究團(tuán)隊開發(fā)了一套完整的樹脂再生技術(shù)，包括五個關(guān)鍵步驟：樹脂回收、初級過濾（100-200μm金屬網(wǎng)篩）、二級過濾（0.45-1μm PTFE膜真空過濾）、均勻混合（3000rpm/5min）和避光儲存。該流程能有效去除殘留樹脂中的雜質(zhì)和部分固化顆粒，確保再生樹脂的化學(xué)穩(wěn)定性。

圖1. 用于氣液段塞流檢測的Micro?optofluidic（MoF）設(shè)備工作原理。

實驗采用三種樹脂批次：全新樹脂、一次再生樹脂和二次再生樹脂，分別用于制造三個相同的T型接頭微流控器件。這些微流控器件專為吸收式光學(xué)檢測設(shè)計，研究團(tuán)隊采用摩方精密面投影微立體光刻（PμSL）技術(shù)（nanoArch^® S140，精度：10μm）一體成型打印而成，無需額外組裝。

圖2. 通過PµSL技術(shù)制造的3D打印有機(jī)框架（MoF）器件（分別標(biāo)記為 Dev-1、Dev-2 和 Dev-3）。

通過傅里葉變換紅外衰減全反射光譜（FTIR-ATR）分析，研究人員發(fā)現(xiàn)再生樹脂的化學(xué)結(jié)構(gòu)僅發(fā)生微小變化。在1635cm?1處（C=C伸縮振動）和810cm?1處（C-H面外彎曲振動）的吸收峰強(qiáng)度略有降低，表明甲基丙烯酸酯單體含量輕微減少。這種變化主要源于打印過程中的暗固化現(xiàn)象和微量光散射導(dǎo)致的預(yù)聚合，樹脂的整體化學(xué)結(jié)構(gòu)仍然保持穩(wěn)定。

圖3. 不同批次樹脂的四個不同象限Qki上沿1800-650 cm?1范圍收集的FTIR光譜比較：新鮮光固化樹脂（Dev-1，藍(lán)色曲線）；一次回收樹脂（Dev-2，淺藍(lán)色曲線）；二次回收樹脂（Dev-3，黃色曲線）。用1和2標(biāo)識的峰分別是1635 cm?1和810 cm?1。

光學(xué)性能是微流控器件的核心指標(biāo)。研究團(tuán)隊通過分光光度計測量器件在589nm波長（鈉D線）的透光率，并利用專用回歸模型計算折射率。實驗在每個器件的四個不同區(qū)域進(jìn)行五次重復(fù)測量，確保數(shù)據(jù)可靠性。

圖4. 針對每個考慮的k-th微光流控器件（k=1,2,3），所研究象限Qki（i=1,…,4）的空間布局。

結(jié)果顯示，三種樹脂制成的器件折射率分別為1.7044（全新樹脂）、1.7043（一次再生）和1.7042（二次再生），差異僅0.012%。雙因素方差分析表明，樹脂重復(fù)使用次數(shù)和測量區(qū)域?qū)φ凵渎示鶡o顯著影響（p值>0.05）。

圖5. 獲取3D打印樹脂估計折射率值(?)的流程圖。

圖6. 在四個不同象限Qki上獲取的透射光譜比較（n=1）：新鮮光固化樹脂（Dev-1，藍(lán)色曲線）；一次回收樹脂（Dev-2，淺藍(lán)色曲線）；二次回收樹脂（Dev-3，黃色曲線）。

在功能驗證階段，研究人員搭建了氣-水彈狀流檢測平臺，通過實驗設(shè)計（DoE）方法系統(tǒng)評估器件性能。實驗考察了激光功率（1mW和5mW）、流速（0.1-0.3mL/min）和樹脂類型三個因素對光學(xué)檢測能力的影響。

結(jié)果表明，所有器件均能清晰區(qū)分彈狀流中的氣相和液相，信號波形保持穩(wěn)定的方波特征。統(tǒng)計分析確認(rèn)，不同樹脂批次器件的檢測性能無顯著差異，證明再生樹脂達(dá)到微流控器件的功能需求。

圖7. 所研究響應(yīng)量?的三維效應(yīng)圖，柱狀高度代表各研究場景下響應(yīng)量的平均值，圓形標(biāo)記表示單獨收集的觀測值。

總結(jié)：這項研究證明了光固化樹脂回收再利用在微光流控器件制造中的可行性。通過嚴(yán)格的實驗設(shè)計和系統(tǒng)的性能評估，研究人員確認(rèn)即使經(jīng)過兩次回收，樹脂的光學(xué)性能仍保持穩(wěn)定，器件的光學(xué)檢測能力不受影響。這一成果不僅為3D打印行業(yè)提供了可持續(xù)發(fā)展的解決方案，也為微流控技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)研究和臨床診斷中的廣泛應(yīng)用鋪平了道路。在保證性能的前提下降低成本和環(huán)境影響的創(chuàng)新實踐，詮釋了綠色制造與精密工程的融合之道。