3D打印技术在微流控领域具有巨大的应用潜力。微流控芯片是一种生物芯片，已广泛应用于生物医学领域，如疾病诊断和体内药物传递等。然而，传统的二维制造技术限制了它们的制造和使用范围。此外，膜嵌入微流控芯片需要设计复杂的结构和明确界定的纳米纤维膜来输送特定的药物和过滤血液中的杂质，而且很难对这些复杂的三维形状的设计和生产做出快速反应。

在此，作者介绍了一种基于液体的可交换梯度渗透 (LEGO) 芯片，该芯片包括通过数字光处理系统在 10 分钟内打印3D 结构通道和电纺纳米纤维膜。优化了纳米纤维膜与 3D 通道的附着条件，同时通过调节纳米纤维的浓度和通过 3D 通道的流速来控制特定材料的渗透性。作者认为这种基于液体的可交换梯度渗透芯片将用于生产用于体内传质的生物适用设备。相关研究成果以“A Three-Dimensional Liquid-Based Exchangeable Gradient Osmosis Chip for a Permeability Controllable Microfluidic Device”为题目发表在期刊ACS Applied Polymer Materials上。

图1  LEGO芯片示意图：(a)组装和(b)工作的概念。

通过控制聚合物浓度和静电纺丝时间，制备了膜。通过观察纳米纤维的厚度和孔径，选择合适的静电纺丝时间为20 min。在两个通道之间设计了一个精细的交叉结构，在支撑纳米纤维膜的同时促进样品的渗透。采用光固化树脂作为胶粘剂组装芯片。在保持膜的形态的情况下，光固化树脂的 UV 固化时间为 4 分钟。使用荧光染料评估LEGO芯片的传输特性。芯片上部和下部的压力差使得穿透过程更容易受到纳米纤维薄和孔径大的膜的影响，而由膜的水力阻力引起的物理阻力更多地受到由较厚且孔径较小的纳米纤维构成的膜的影响。

利用实验结果对膜类型和流速两个关键因素进行了优化。这些可控条件表明，所开发的LEGO芯片可以成功地管理目标材料的渗透。无论是作为单一设备使用，还是在多个设备配置中使用，预计由生物友好材料制成的LEGO芯片将用于生物制药、生物医学和各种化学应用。

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图 2. 纳米纤维膜和纤维直径的表征。 (a) 10 和 (b) 20 分钟静电纺丝后纳米纤维膜的 SEM 图像。 (c) 根据 PCL 浓度的纳米纤维直径直方图。