在被動微流控方法中，慣性微流控因具有簡單、易于制造和高通量的特性而被認(rèn)為是一種良好的過濾和分離方法。雖然大多數(shù)微流控系統(tǒng)在低雷諾數(shù)（斯托克斯流動狀態(tài)）下運(yùn)行，但是慣性微流控系統(tǒng)是在中間雷諾數(shù)（Re）范圍內(nèi)運(yùn)行，其流體狀態(tài)介于斯托克斯流動和湍流狀態(tài)之間，從而顯著提高了通量。慣性微流控聚焦的機(jī)理取決于慣性升力和粘性阻力之間的平衡。先前的研究證明，堵塞比（顆粒直徑與通道水力直徑之比）必須超過0.07的閾值才能使顆粒有效聚焦。隨著堵塞比的減小，顆粒聚焦效果將變差。

因此，通道尺寸的精度對實(shí)現(xiàn)有效的顆粒聚焦起著至關(guān)重要的作用。在過去的幾年里，人們提出了新的微流控通道結(jié)構(gòu)來提高顆粒操縱效率。然而，這些非常規(guī)微流控結(jié)構(gòu)的制造仍然是一個嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。此外，盡管研究人員已經(jīng)推動微制造技術(shù)走向前沿，但用于慣性微流控器件的微制造技術(shù)還沒有得到全面的論述。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，為了彌補(bǔ)以上空白，近期，來自伊朗馬什哈德菲爾多西大學(xué)（Ferdowsi University of Mashhad）和澳大利亞麥考瑞大學(xué)（Macquarie University）的研究人員在Biomicrofluidics期刊上合作發(fā)表了題為“A review on inertial microfluidic fabricationmethods”的綜述文章，介紹了用于構(gòu)建慣性微流控通道的微制造方法，并對這些方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了討論。隨后，根據(jù)包括分辨率、結(jié)構(gòu)、成本和材料在內(nèi)的不同標(biāo)準(zhǔn)，研究人員對以上用于慣性微流控器件的微制造方法進(jìn)行了比較。最后，該綜述對慣性微流控器件的發(fā)展前景及其創(chuàng)新進(jìn)行了展望。

圖1 慣性微流控器件的微制造方法發(fā)展歷程

用于構(gòu)建慣性微流控器件的微制造技術(shù)通常包括光刻、微線埋入、刻蝕、微加工、激光切割、3D打印、熱壓印、xurography（一種數(shù)字制造方法）、注塑成型。

總體而言，雖然光刻和刻蝕可以制造分辨率為幾微米的2D結(jié)構(gòu)，但是這兩種方法都需要復(fù)雜的設(shè)備和潔凈室設(shè)施，這增加了最終的生產(chǎn)成本。此外，光刻只能得到正交特征。然而，對于需要尺寸在幾微米范圍內(nèi)的通道的基于尺寸的分選應(yīng)用而言，與其它制造方法相比，這兩種方法仍然具有優(yōu)越性。

圖2 利用光刻法制造掩模的示意圖

相比之下，xurography、微線埋入和熱壓印技術(shù)具有成本效益，但是這些方法分辨率較低，無法建立尺寸在幾微米范圍內(nèi)的通道。對于制造具有圓形截面的微通道而言，微線埋入是一種成本低、操作簡單的方法。然而，由于該技術(shù)的局限性，它只適用于直線和3D螺旋微通道的制造。對于平面結(jié)構(gòu)的批量生產(chǎn)，熱壓印和注塑成型是最好的選擇。

圖3 （a）xurography技術(shù)示意圖；（b）微加工技術(shù)示意圖；（c）基于注塑成型的多層螺旋微流控器件示意圖；（d）熱壓印技術(shù)示意圖；（e）模具制造示意圖；（f）微線埋入技術(shù)示意圖

飛秒激光燒蝕、微加工和3D打印是制造復(fù)雜非平面結(jié)構(gòu)的理想選擇。飛秒激光燒蝕方法便于在玻璃內(nèi)部制造矩形3D結(jié)構(gòu)，而不需要鍵合。對于更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，微加工和3D打印引起了極大的關(guān)注。雖然微加工技術(shù)只能用于構(gòu)建母模，但3D打印可以同時用于構(gòu)建母模和具有非常規(guī)結(jié)構(gòu)的微型器件。

圖4 （a）二氧化碳（CO?）和紫外（UV）激光燒蝕技術(shù)示意圖；（b）飛秒激光燒蝕技術(shù)示意圖；（c）最終制造的微通道和母模光學(xué)圖像；（d）利用CO?激光燒蝕技術(shù)制造的三角形、梯形和高縱橫比矩形截面的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像；（e）利用飛秒激光燒蝕技術(shù)制造的3D慣性微流控通道示意圖

圖5 （a）立體光固化成型（SLA）3D打印技術(shù)示意圖；（b）數(shù)字光處理（DLP）3D打印技術(shù)示意圖；（c）利用SLA 3D打印技術(shù)制造的3D螺旋微通道光學(xué)圖像和利用SLA/DLP 3D打印技術(shù)制造的微通道橫截面圖；（d）熔融沉積成型（FDM）3D打印技術(shù)示意圖；（e）多射流（MJ）3D打印技術(shù)示意圖；（f）利用MJ 3D打印技術(shù)制造的微通道圖像及其橫截面

對于工業(yè)制造而言，利用注塑成型技術(shù)能夠以很高的精準(zhǔn)度快速地生產(chǎn)大量具有良好一致性的零件，并且該技術(shù)適用于各種材料。然而，該技術(shù)也有缺點(diǎn)，例如高昂的模具生產(chǎn)成本，有限的設(shè)計(jì)靈活性，以及最終所獲得零件的表面缺陷性。

綜上所述，在所有慣性微流控器件的微制造技術(shù)中，3D打印是制造復(fù)雜母模和微通道的一種經(jīng)濟(jì)且快速的方法。3D打印的主要優(yōu)點(diǎn)是能夠制造具有任意橫截面的非常規(guī)結(jié)構(gòu)。然而，每一種制造技術(shù)都有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，技術(shù)的選擇最終應(yīng)取決于諸如期望的生產(chǎn)量、器件的復(fù)雜性、材料特性和成本等多重因素。

審核編輯：劉清