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Biofluidix點樣噴頭助力診斷測試及制造的表面涂層技術新發展

瀏覽次數:85 發布日期:2025-5-13  來源:本站 僅供參考,謝絕轉載,否則責任自負
Biofluidix助力創新微滴分配技術,開啟診斷測試的制造新篇章

在現代科技產業中,噴涂、噴墨打印、微接觸印刷等多種表面涂層工藝廣泛應用于電子產品、生物儀器、醫療檢測設備等。在診斷測試及制造領域,普遍存在液體分布不均、材料利用率低、涂層精度與厚度不穩定等問題,嚴重制約了產品質量提升與行業發展。因此,研發高精度、高效率、高均勻性且具備可擴展性的表面涂層技術,成為當下亟待解決的問題。


在此背景下,弗萊堡大學微系統工程系(IMTEK)聯合德國Biofluidix公司于2024 年 6 月 26 日在《Micromachines》雜志上發表了文章《Highly Parallel Droplet Dispensing Approach to Provide Homogeneous and Controllable Droplet Arrays for Diagnostic Test Manufacturing》。在該研究中,作者研發了一種微量-壓電式皮升級/納升級點樣設備,用于生物芯片等需要高精度噴點產品的研發制造。

實驗流程:
  • 1.分配裝置:主要由墨盒、活塞、壓電致動器和噴嘴芯片構成(圖1)。墨盒采用銑削聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl Methacrylate,PMMA)材料制作,設有兩個 200μm 高的進料通道,用于引導液體從儲液器流入腔室。活塞由 3DM-Tough 樹脂材料經 Prusa sl1s 光固化 3D 打印機制成,其帶有 O 型圈密封結構,與 BioFluidix特制的微量壓電式皮升級/納升級點樣噴頭相連。噴嘴芯片由 300μm 厚硅片經深反應離子蝕刻(Deep Reactive Ion Etching,DRIE)工藝制成,噴嘴入口深 150μm,且表面經處理,噴嘴表面疏水、入口親水(圖2)。
 
圖1 噴點裝置示意圖

 
圖 2 噴嘴芯片示例圖
(A) 噴嘴陣列設計細節;(B) 芯片表面,包括噴嘴入口和噴嘴表面;(C) 噴嘴芯片的橫截面圖,顯示噴嘴入口和噴嘴高度;(D) 組裝好的墨盒和噴頭示例
 
  • 2.無氣泡灌注:為保證液滴分配穩定,先進行無氣泡灌注。利用壓力儲液器提供 0.5mbar 壓力,使液體流經進料通道,充分濕潤流體路徑和腔室,有效排除氣泡,確保實驗穩定進行。
  • 3.液滴噴射:實驗時,腔室內活塞直接推動液體,在壓電疊堆致動器精確控制下液滴從噴嘴陣列穩定噴射。活塞上下運動循環作業,向下推動液體形成液滴,向上則使腔室重新填充液體,維持連續穩定的液滴噴射。
經過一系列實驗,該研究取得了如下測試成果:
  • 1.確立設計規則:研究得出噴嘴芯片的經驗設計規則,明確了噴嘴直徑、間距和陣列尺寸與液滴體積、活塞表面積的關系,為噴嘴芯片設計提供了實用依據(圖2)。
  • 2.精準控制液滴:該裝置可精準調控液滴體積(140pL - 20nL)和速度。特定配置下,壓電沖程 1 - 4μm、沖程速度 20 - 45μm/ms 時,液滴分配效果良好,體積變異系數CV低于 2.5%,平均液滴體積達 366pL。
  • 3.適應多種材料:實驗表明,裝置能適應不同粘度液體。隨著液體粘度增加,通過調整壓電沖程和速度,仍可實現穩定液滴噴射,只是液滴體積會相應減小。
  • 4.穩定性良好:模擬生產線環境 12 小時連續實驗中,裝置分配液滴 10,800 次,打印陣列質量穩定,證明其可靠性高,適用于工業連續生產。
這項研究成果為診斷測試及制造的表面涂層技術帶來新的思路。BioFluidix制備的微量-壓電式-皮升級/納升級點樣噴頭在實驗中展現出優異性能,為實現高精度、高均勻性表面涂層提供了可靠方案。其在生物傳感器、酶聯免疫吸附測定(Enzyme-Linked Immunosorbent Assay,ELISA)板、側向流動測試等領域應用前景廣闊,有望推動診斷測試制造行業進入新的發展階段。

更多資訊請訪問文獻全文鏈接:https://doi.org/10.3390/mi15070824


 
Biofluidix是全球領先的研發制造高精度生物芯片點樣和分液系統的生產廠家,不僅有自動化點樣分液平臺,也提供模塊化的皮升/納升/微升(pl/nl/μl)分液裝置,能夠兼容第三方設備,實現精準點樣和分液。廣泛應用于生物、材料、航空、航天等多個領域。

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