新3D列印技術實現電子裝置與微流體整合

編譯／高晟鈞

從傳統2D到3D微流體結構的轉變是微流體技術的重大進步，為科學和工業應用帶來了好處。這些3D系統在填充液態金屬等導電材料時，能透過並行操作和軟彈性體網路提高吞吐量，進而實現微流體和電子裝置的整合。

然而，傳統方法（例如需要無塵室設施的軟光刻製造）在實現全自動3D互連微通道方面存在局限性，這些方法涉及的手動程序，包括聚二甲基矽氧烷（PDMS）成型和層間排列，阻礙了微流控裝置生產的自動化潛力。

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3D列印的潛力

3D列印是一種相當具有潛力的替代方案，包括：立體光刻設備（Stereolithography Apparatus）和數位光處理（Digital light processing）等光聚合技術，都能夠創建複雜的微通道。

雖然光聚合技術可以實現柔性設備，但在光列印過程中整合電子元件等外部組件仍存在挑戰，例如如何找到能夠平衡組件嵌入柔軟性和結構完整性的堅固墨水，以實現具有嵌入式功能的完全列印、互連的微流體設備。

創新技術

截至目前為止，現有的3D列印技術尚未同時實現：直接列印出無需支撐材料或後續處理的互連多層微通道；以及列印過程中與電子元件的整合。

新加坡科技大學的研究團隊，成功將直接墨水書寫（Direct Ink Writing）的設定進行了優化，為矽酮密封膠創建無支撐的中空結構，確保擠壓結構不會塌陷，以製造層間具有通孔的互連多層微通道。這對於無線通訊天線等通常需要這種微通道（和電線）幾何形狀的電子設備至關重要。

另一項挑戰是在3D列印過程中將電子元件整合到微通道中，這對於立即固化的樹脂來說是很難實現的。對此，研究團隊利用逐漸固化的樹脂來嵌入和固定小型電子元件（例如 RFID 標籤和 LED 晶片）。當液態金屬透過通道灌注時，這些元件與微通道的自動排列允許組件與電線的自動組裝。

這項研究解決了3D列印的諸多短板，成功將微流體與電子設備進行整合，對動了微流體技術的進步。

資料來源:TechXplore

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