《Soft Matter》：利用微尺度3D打印和矿物涂层技术助力功能性微流控研究

　　多孔材料(如岩石)及其与流体的相互作用广泛存在于油气资源开采、地热能提取、二氧化碳封存、甚至行星探测中的地外资源利用（水提取）等应用中，然而，大多数岩石内部孔喉形态不规则，表面物理化学特性如表面润湿性也比较复杂。因此，探索岩石内部液体的流动过程，尤其是微尺度下的流固交互作用，仍然具有挑战性。近年来，高精度3D打印技术的迅速发展使得复现这种复杂的多孔结构变得可能。借助流动可视化手段，3D打印的微流控模型可以用于直接观察流体流动的动态过程。但是，目前打印材料仅限于光固化聚合物及其衍生物，其理化特性包括其矿物化学、晶体结构、表面润湿性等与天然岩石（如碳酸岩）存在显着差异。所有这些特性都对多孔介质中的流体相变和多相流动过程有着重要影响。

　　近日，哈利法大学的张铁军教授团队基于面投影微立体光刻3D打印技术（PμSL，深圳摩方材料科技有限公司nanoArch S130）, 通过表面矿物涂层的方法制备出一种岩石微流控模型。这种新颖的制备方法包括三个主要步骤，如图1所示：（i）使用纯光敏树脂（HDDA）打印具有三维岩石孔隙结构的微模型；（ii）在微模型的内表面植入碳酸钙纳米颗粒；（iii）以植入的纳米颗粒为核，在微模型内部原位生长碳酸盐晶体。该模型可以成功复现天然岩石的三维孔隙结构和表面矿物学特性。该成果以“Empowering Microfluidics by Micro-3D Printing and Solution-based Mineral Coating”为题发表在Soft Matter上，第一作者是哈利法大学李红霞博士。

　　在该工作中，张教授的团队利用高精度3D打印技术制备了不同用途的微模型，包括微流控器件和岩石微模型。微流控器件由三个平行通道组成（请参见图2a）：每个通道的宽度分别为116±2、174±2和305±2 μm。在图2b中，岩石微模型是根据天然碳酸岩的CT扫描照片打印而成。在扫描电镜下，我们可以看到岩石微模型可以很好的复现真实岩石中狭窄的孔喉结构，并且也可清晰地观测到在微模型表面原位生长的碳酸盐晶体。此外，XRD光谱也证实该微模型表面的矿物成分是碳酸钙晶体，与天然碳酸岩相同。这种碳酸盐涂层厚度大约在2~10微米，仍然使微流控器件保持了一定的透光性，有利于流体的可视化研究。

　　高分辨率3D打印和基于溶液的内部涂层方法，制备“真实的”岩石微模型。这种方法也具有很强的通用性：通过更改涂层材料和三维空隙结构，此类功能性微模型也可以很好地推广到生物医学、软体机器人、航空航天和其他新兴应用。

　　上述研究工作涉及的微尺度3D打印技术由深圳摩方材料科技有限公司提供，因此摩方公司就这一创新型成果对李红霞博士进行了更进一步的访谈，以下为部分内容：

　　李博士：在近期发表的这项工作中，我们提出了一种制造功能性微流控器件的新颖方法--通过集成微型3D打印和内表面涂层技术。在这项工作中，我们利用该方法已成功制备出广泛出现在油气研究中的人造岩心。利用高精密的3D打印系统，我们可以很好的复现岩石的孔隙结构，但是打印材料多数是光敏树脂，其物理化学性（包括表面润湿性、矿物学特性等等）能跟真正自然界的岩石差很多。于是，在我们的人造岩心制备过程中，我们首先通过3D打印技术复制由微CT扫描得到的碳酸盐岩的多孔几何结构，然后通过在打印的模型内部空隙表面生长碳酸盐晶体来模拟岩心真实的表面特性。这种功能性碳酸盐涂层只有几个微米，所以很好的保持了模型的光学透明度。所以，我们能够通过流动可视化方法，利用这些透明的模型帮助我们表征油水气等流体与岩石表面的交互作用，包括润湿性、毛细作用等流动和变化过程的影响等。这种利用表面功能性涂层结合微3D打印的制备方法，有利于打破打印材料的局限性，通过调节3D微结构和涂层配方等可以轻松地推广到其他新兴应用如生物医学等。

　　李博士：摩方的打印系统可以提供高精度打印的同时实现大幅面打印。微流控器件的整体尺寸能到两厘米，可以很好的嵌入到流动可视化的实验系统当中，实用性很强。高精密3D打印系统可以轻松实现复杂三维结构，给我们提供了很大的设计和研究的自由度。在我们的研究当中，可以加工不同的表面微结构，进而控制流体与固体界面的交互作用。

　　华科大朱、张连斌教授团队：超分子3D打印策略实现可修复、可回收的3D结构色物体的一步构筑

　　当微纳制造碰撞艺术创造，摩方赞助的 “微缩版诺亚方舟登月”艺术展正在日本展出

　　新加坡国立大学刘小钢团队：制备用于提高射线成像性能的像素化双锥形光纤阵列

　　临洮县疾病预防控制中心102.00万元采购离子色谱仪,原子荧光光谱,分子荧光光谱

　　中国光刻胶日本进口情况：上半年同比增长16.7%，6月环比增长6.2%

　　顶刊《Science》：仿南洋杉3D毛细锯齿结构表面流体自主择向，摩方推动仿生学研究进程加快

　　香港大学《Advanced Science》: 可重构多级整流器用于三维液体操控

　　新型软材料结构动态形貌的调控方法，摩方助力实现多模态三维形貌的动态可控变换

　　名古屋大学、东京大学和东北大学：双泵探针与微流控芯片集成，用于测量单细胞瞬态响应

　　湖南大学朱伟/韩晓筱教授团队《AM》综述：3D打印骨组织工程智能支架的研究进展

　　香港科技大学（广州）訾云龙教授团队《Science Advances》：识别材料柔软度和种类

　　应用无界 创新未来2024摩方精密微纳应用案例全球征集ing，快来赢取大奖！

　　墨尔本大学David J. Collins课题组《Small》：用于可拆卸微流体装置的微声全息图

　　《Nano Letters》：新型微流控声空化器件实现精准调控脂质体粒径分布

　　创新引领 YOUNG帆起航——仪器信息网25周年 我们不一YOUNG！

　　摩方microArch S240高精密3D打印机将于9月23日正式发布

　　基于树蛙脚掌的多级微纳界面功能化专题，专访北京航空航天大学陈华伟教授课题组

　　Nano Energy：基于面投影微立体光刻3D打印技术的共形压电传感器设计与制造

　　混合驱动软连续体机器人实现大转角和高精度操作，香港城大申亚京《Advanced Intelligent Systems》

　　《Research》：基于PSL 3D打印的超拉伸抗冻导电水凝胶用于柔性传感及脑电信号的采集