Introduzido pela primeira vez na década de 1980, A estereolitografia (SL) é um processo de manufatura aditivo que imprime objetos 3-D pela cura seletiva de resina de polímero líquida usando uma fonte de luz ultravioleta (UV) camada por camada. O polímero empregado sofre uma reação fotoquímica que o transforma de líquido em sólido quando exposto à iluminação UV. Hoje, SL é apontado como uma das formas mais precisas de impressão 3-D acessível aos consumidores, com modelos de desktop (por exemplo, variantes de tela de cristal líquido) custando apenas US $ 300.

SL é uma opção atraente para pesquisadores da área de microfluídica. Não só tem a capacidade de fabricar dispositivos microfluídicos em uma única etapa a partir de um modelo gerado por computador, mas também permite a fabricação de estruturas verdadeiramente 3-D que, de outra forma, seriam desafiadoras, se não impossível, com as abordagens de fabricação existentes.

Contudo, ao empregar impressoras SL na impressão de canais microfluídicos, dois problemas representativos ocorrem. Em primeiro lugar, Pode ocorrer polimerização inadvertida de resina não curada no vazio do canal. Durante a impressão, a resina líquida fica presa dentro do vazio do canal. A iluminação das camadas subsequentes pode curar inadvertidamente a resina líquida presa, o que resultará em um entupimento do canal.

Em segundo lugar, no caso de não ocorrer polimerização inadvertida de resina, a evacuação da resina presa dentro do vazio do canal ainda pode ser um desafio. Isso ocorre porque a resina líquida existente é viscosa (ou seja, consistência como mel), tornando a evacuação de canais estreitos ou redes com vários ramos um desafio. Esses dois desafios limitam a capacidade de alcance das dimensões e complexidade do canal em redes fluídicas impressas pelo SL.

Para lidar com essas limitações, pesquisadores da Universidade de Tecnologia e Design de Cingapura (SUTD) em colaboração com o grupo de pesquisa do professor assistente Toh Yi-Chin da Universidade Nacional de Cingapura, desenvolveu uma abordagem de design que pode melhorar as dimensões de canal atingíveis e a complexidade das redes com SL existente (consulte a imagem).

"A maneira convencional de imprimir dispositivos microfluídicos com impressoras SL é imprimir o dispositivo inteiro como uma entidade monolítica. No entanto, problemas como a polimerização inadvertida do vazio do canal e dificuldade em evacuar o vazio do canal surge da impressão como uma entidade monolítica, "explicou o investigador principal, Professor Assistente Michinao Hashimoto, da Engineering Product Development, SUTD.

Em vez de, os pesquisadores adotaram uma abordagem de modularização - onde desconstruíram espacialmente um canal microfluídico em subunidades mais simples, imprimi-los separadamente, e posteriormente os montou para formar redes microfluídicas. Ao aplicar esta abordagem, eles foram capazes de imprimir redes microfluídicas com maior complexidade (como ramificação hierárquica) e dimensões de canal menores.

"Por design, cada subunidade é espacialmente desconstruída para ter geometrias simples que não resultariam em polimerização inadvertida. As geometrias simples também facilitaram a evacuação de resina não curada, "disse o autor principal Terry Ching, um estudante de graduação do SUTD.

A equipe foi capaz de fabricar uma variedade de redes fluídicas que eram desafiadoras para imprimir usando métodos convencionais. Sua demonstração inclui redes de ramificação hierárquica, redes retilíneas de treliça, redes helicoidais, etc. Eles também foram capazes de demonstrar a eficácia de sua abordagem, mostrando dimensões de canal de melhoria substancial (ou seja, canal w =75 μm eh =90 μm) quando comparado ao uso da abordagem de impressão 'monolítica' convencional.

Um caso de uso óbvio é a aplicação desta abordagem para fabricar redes fluídicas usando hidrogel para imitar a vasculatura nativa. A data, a variedade de hidrogéis imprimíveis do SL é limitada, e muitas vezes faltam propriedades mecânicas necessárias para uma impressão precisa ou biocompatibilidade necessária para a incorporação de células vivas. Ao simplificar as geometrias de cada subunidade, a equipe usou hidrogel para fabricar redes fluídicas intrincadas, mimetizando a vasculatura nativa.

“Simplificar as geometrias das subunidades também reduz o uso de aditivos que podem ser prejudiciais às células biológicas, "acrescentou Ching.

Contudo, esta é uma abordagem de design geral que pode contornar alguns dos maiores desafios na microfluídica impressa SL - aplicando esta abordagem, impressoras SL existentes agora podem fabricar microfluídicos com dimensões de canal mais finas, e mais complexidades de ramificação. Este artigo de pesquisa foi publicado em Materiais de Engenharia Avançada .