研究人员使用低成本3D打印机开发制造微球的新方法

研究人员利用强大的微通道液滴发生设备，制造出均匀的高分子微球材料，具有很高的经济价值。这些微球是球形微粒，可用于许多应用，包括医疗设备、生物技术、建筑业、兽医学和环境研究。

一组研究人员开发了一种构建高通量微通道液滴生成设备的新方法，大大减少了内部集成液滴发生器的数量，并且可以通过商业低成本3D打印制造轻松实现。

他们的发现发表在10月22日的Particuology杂志上。

该团队使用低成本3D打印方法构建了一个只有四个平行液滴发生器的原型设备。该原型设备的工作容量与包含数百个平行液滴发生器的传统微通道设备相同。除了开发先进的微通道液滴生成设备外，该团队还开发了一种将液滴变成固体颗粒的两步乳液模板聚合程序。

该团队新开发的设备比传统的微流体设备工作效率更高。“我们发现毛细管组装的阶梯式微通道很特别，因为它对连续相的流速变化及其微通道结构的制造误差具有鲁棒性。当在喷射流条件下运行时，它会产生十微米的液滴直径非常高，”清华大学副教授王凯说。

团队制作的四通道毛细管组装阶梯式微通道液滴生成设备，可贡献10微米液滴的2.8×104Hz液滴生成频率。要使用与滴流一起工作的传统平行缩放微通道设备实现这一数量，将需要数百个微通道液滴发生器。

“我们研究的核心科学发现是了解喷射流中毛细管组装阶梯式微通道的流速和制造误差鲁棒性，这大大降低了这些微通道装置的制造和操作难度，”罗广生说。，清华大学教授。

使用微通道设备制造均匀液滴或颗粒的传统方法需要严格且昂贵的制造技术，例如软光刻或离子蚀刻工艺。单个微流体液滴发生器的颗粒产量有限，因此很难将流程扩大到更快、更高的产量。这一挑战推动了对开发更有效的微流体液滴发生器方法的持续研究。

使用3D打印技术制造液滴生成装置为团队提供了一种制造复杂微通道结构的便捷方法，无需复杂的层密封程序。他们使用他们的设备制备平均直径为32-52毫米且直径变异系数为4.5%至8.4%的液滴。然后，他们通过微流体平台中的两步聚合将液滴变成固体颗粒。

这些微球材料具有显着的经济价值。它们的应用范围很广，例如液晶显示器的间隔物或用于校准粒度分析仪的标准粒子。具有良好分散性的微球颗粒在医学领域可用于微囊化和药物递送载体。微球由不同种类的材料制成。聚合物颗粒是一种可以方便地通过单体聚合和交联技术制备的重要品种。

展望未来的研究，该团队旨在基于液滴图像识别的深度学习，进一步扩大具有更多液滴发生器和更精确控制方法的毛细管组装阶梯式微通道装置。“推动颗粒制备技术产业化，服务国际均一微球材料市场也很重要，”王凯说。