技術文章
Technical articles近年來,3D打印技術在生物醫藥方面得到廣泛的應用,并且也取得了諸多成就。研究人員可以根據不同患者的需求,采用3D打印個性化的生物材料,比如助聽器、假肢制造、骨科手術、人工關節、人工外耳和牙齒種植等等方面。而且隨著技術的不斷發展,3D打印技術也應用到醫學快速檢測方面,其中美國賓夕法尼亞大學(Upenn)的科學家們開發出了一種低成本的3D打印產品可以快速檢測寨卡(Zika)病毒(圖1)。據悉這個3D打印的檢測裝置只有一個蘇打水罐大小,成本僅2美元,而且無需用電,也不用專業技術人員操作。患者只需提供一份唾液樣本,當遺傳分析檢測到病毒存在時,裝置中可變色的染料將變成藍色,由于其攜帶方便,因此也能夠在野外使用。
圖1 寨卡(Zika)病毒
國內某醫院也將3D打印技術應用于創傷感染檢測方面,傳統的實時熒光定量檢測方法需要集成龐大、昂貴、精密的光學設備,不適合戰場創傷感染的現場快速檢測。新興的電化學方法、HNB比色法、濁度法都需要開蓋操作,易造成氣溶膠污染,檢測靈敏度不高,結果不易判斷。他們利用BMF的3D打印技術成功研發出一款密閉性便攜式檢測裝置,能保證37℃條件下恒溫進行擴增反應,并進行核酸檢測。該裝置(如圖2所示)包括頂蓋、底墊、反應管和檢測容器,其中頂蓋可以拆分,不漏液,底部圓錐體為尖銳硬質材質,底墊為韌性材料,可在外力作用下頂破反應管底部,使反應液和緩沖液進入檢測容器中,使試紙條浸在擴增反應后液體中,通過試紙條上的顏色變化進行核酸檢測。
圖2 裝置主要組成部件
為了保證在現場檢測時底墊能夠在受力下輕易破裂,保證觀察液體能夠混合,因此需要在該裝置的底部設計一層薄膜(如圖3紅圈所示),厚度尺寸必須保證在0.05mm左右,使用傳統的注塑加工方式,這個薄膜無法直接與裝置成為一體,如果采用后期增加薄膜的方式,整個制造工藝就會很復雜,而且成本會增加很多,不利于大規模的推廣使用,而采用3D打印的方式可以一體成型,成本也能夠控制下來。
圖3 薄膜位置
這層0.05mm薄膜的打印質量決定了此檢測裝置的使用效果,客戶經過多方考察與對比,最終選擇了與深圳摩方材料(BMF)合作,BMF做為微納級超高精度3D打印的*導者之一,其顛.覆性精密加工能力得到客戶的一致認可。其技術主要采用面投影微立體光刻(Projection Micro Stereolithography, PμSL)3D打印技術,非常適用于制作微尺度的復雜三維結構,有著高分辨率、高精度、跨尺度加工、適用材料廣、加工效率高、加工成本低等諸多特點。
根據客戶項目的具體需求,最終選擇S140設備(圖4)進行打印,這款設備光學精度達到10um,打印層厚10~40um,并且可以在同一個打印樣品中,根據結構要求設置不同的層厚,提高打印效率,打印模型最大尺寸為94mm(L)*52mm(W)*45mm(H),而且其支持多種樹脂材料打印,例如韌性樹脂、耐高溫樹脂、生物醫用樹脂、柔性樹脂等等,能夠最大限度的滿足不同客戶的需求。
圖4 S140設備簡圖
該裝置是一個開創性的解決方案,并且是在醫療檢測使用3D打印的一個重要示例。再次證明了3D打印技術將是醫療行業*的一部分。