美國陸軍ERDC為密蘇里大學撥款100萬美元，為醫療行業研究一種復雜的微流體過濾器
時間：2024-01-12 09:40 來源：南極熊 作者：admin 閱讀：次
2024年1月11日，美國陸軍工程師研究與開發中心(ERDC)為密蘇里大學工程學院(Mizzou
Engineering)撥款100萬美元（約合716萬人民幣），用于安裝一臺新型Nanoscribe Quantum X
Shape高分辨率3D打印機。研究人表示，他們花了八年時間，試圖找出一種制造復雜微流體過濾器的方法，使醫生能夠有效地從患者血液中回收癌細胞且不損壞細胞�，F在通過3D打印技術有希望進一步實現這項研究。
密蘇里大學的學生、電氣工程博士Elliott Leinauer說道：“自2021年以來，我們一直致力于制造新設計。這臺打印機在演示中表明它可以在20秒內完成這一任務�！�密蘇里大學機械與航空航天工程副教授兼材料科學與工程研究所聯合主任Matt Maschmann 說："Nanoscribe打印機的意義在于，它的打印分辨率小于許多有趣的工程問題（包括生物細胞甚至光的波長）的基本長度尺度。同時，它還能制造直徑達3英寸的圖案，使其成為適用于多種應用的強大工具。
Maschmann的意思是說，Nanoscribe的應用范圍從生命科學到微電子，再到用于安全和國防的先進光學皆適用。
3D打印技術開發復雜微流體過濾器
ERDC資助項目的首席研究員Derek Anderson教授表示："這個裝置對于我們研究由人工智能設計，并用于人工智能的先進光學新材料來說是令人興奮的。我們已經在計算和模擬方面做了很多工作，這個裝置可以讓我們制作原型，以驗證、比較和推進我們的研究"。
Leinauer的研究重點是尋找一種精確的方法，讓醫生從簡單的抽血中提取活癌細胞。這是一個重要的應用，因為它開辟了更多定制方法來確定最佳治療方法。目前，腫瘤學家根據過去的成功經驗推薦化療、放療和其它癌癥治療方法。相反，能夠研究患者的轉移癌細胞將使醫生能夠根據患者的具體需求進行測試，并推薦最佳治療方案。
Leinauer表示：“之前，當你試圖提取癌細胞時，它們會在此過程中受損或死亡。現在，我們使用雙光子灰度光刻系統開發一種可以捕獲癌細胞的過濾器。這種制造過程是將微/納米級幾何圖案從光掩模轉移到硅晶圓上的行為�！�
通常情況下，這種類型的過濾器可以捕獲癌細胞，但這些細胞通常比大多數其它細胞都大。然而，到目前為止，還沒有一種方法可以將它們從過濾器中取出而不造成破壞。為了緩解這個問題，Leinauer想到了一種設計，可以改變過濾器形狀，從而更容易地釋放捕獲的癌細胞，而不會損壞它們。
他說：“這個想法是，使用外部力量來改變通道的幾何形狀，將這種迷宮般的內部通道轉換成更簡單的東西，從而為捕獲的細胞創建這些流體高速公路，以輕松逃離過濾器。但它需要極為復雜的設計和制造工藝�，F在，通過3D打印光刻技術和先進的幾何設計學，過濾器可實現速度和精度相結合。”
微加工3D打印技術的拓展
另外，Maschmann設想將Nanoscribe Quantum X Shape用于目前的半導體器件圖案化研究，因為它可以在微觀層面上對電路進行圖案化。該打印機還可以提供微小的幾何設計，夠以特定的模式逐層構建碳納米管薄膜。
該技術還可應用于先進的傳熱應用。Maschmann解釋：“它可以操縱液滴以增強兩相傳熱。當小液滴接觸時，它們會釋放大量的表面能，這種能量如此之大，以至于液體會從表面上跳下來，這對傳熱非常有利。”
這項技術是具有突破性意義的。它使我們能夠追求那些受到傳統制造工藝限制，而原本不可行的全新理念。3D打印技術徹底改變了研發人員的制造能力，并且相對容易地實現了這一點，從而解放了研究人員，加速了創新的步伐。
△Matt Maschmann教授（中）和Elliott Leiinauer（左四）觀看新型Nanoscribe Quantum X Shape 的演示
密蘇里大學的學生、電氣工程博士Elliott Leinauer說道：“自2021年以來，我們一直致力于制造新設計。這臺打印機在演示中表明它可以在20秒內完成這一任務�！�密蘇里大學機械與航空航天工程副教授兼材料科學與工程研究所聯合主任Matt Maschmann 說："Nanoscribe打印機的意義在于，它的打印分辨率小于許多有趣的工程問題（包括生物細胞甚至光的波長）的基本長度尺度。同時，它還能制造直徑達3英寸的圖案，使其成為適用于多種應用的強大工具。
Maschmann的意思是說，Nanoscribe的應用范圍從生命科學到微電子，再到用于安全和國防的先進光學皆適用。
△3D打印技術用于高效加工微納結構
3D打印技術開發復雜微流體過濾器
ERDC資助項目的首席研究員Derek Anderson教授表示："這個裝置對于我們研究由人工智能設計，并用于人工智能的先進光學新材料來說是令人興奮的。我們已經在計算和模擬方面做了很多工作，這個裝置可以讓我們制作原型，以驗證、比較和推進我們的研究"。
Leinauer的研究重點是尋找一種精確的方法，讓醫生從簡單的抽血中提取活癌細胞。這是一個重要的應用，因為它開辟了更多定制方法來確定最佳治療方法。目前，腫瘤學家根據過去的成功經驗推薦化療、放療和其它癌癥治療方法。相反，能夠研究患者的轉移癌細胞將使醫生能夠根據患者的具體需求進行測試，并推薦最佳治療方案。
Leinauer表示：“之前，當你試圖提取癌細胞時，它們會在此過程中受損或死亡。現在，我們使用雙光子灰度光刻系統開發一種可以捕獲癌細胞的過濾器。這種制造過程是將微/納米級幾何圖案從光掩模轉移到硅晶圓上的行為�！�
通常情況下，這種類型的過濾器可以捕獲癌細胞，但這些細胞通常比大多數其它細胞都大。然而，到目前為止，還沒有一種方法可以將它們從過濾器中取出而不造成破壞。為了緩解這個問題，Leinauer想到了一種設計，可以改變過濾器形狀，從而更容易地釋放捕獲的癌細胞，而不會損壞它們。
他說：“這個想法是，使用外部力量來改變通道的幾何形狀，將這種迷宮般的內部通道轉換成更簡單的東西，從而為捕獲的細胞創建這些流體高速公路，以輕松逃離過濾器。但它需要極為復雜的設計和制造工藝�，F在，通過3D打印光刻技術和先進的幾何設計學，過濾器可實現速度和精度相結合。”
△Nanoscribe Quantum X是世界上第一個雙光子灰度光刻系統，用于折射和衍射微光學和表面圖案的無掩模微加工
微加工3D打印技術的拓展
另外，Maschmann設想將Nanoscribe Quantum X Shape用于目前的半導體器件圖案化研究，因為它可以在微觀層面上對電路進行圖案化。該打印機還可以提供微小的幾何設計，夠以特定的模式逐層構建碳納米管薄膜。
△雙光子高精準灰度光刻系統Quantum X shape
這項技術是具有突破性意義的。它使我們能夠追求那些受到傳統制造工藝限制，而原本不可行的全新理念。3D打印技術徹底改變了研發人員的制造能力，并且相對容易地實現了這一點，從而解放了研究人員，加速了創新的步伐。
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