微流控芯片作為集成化學、生物領域中的樣片制備，檢測分析及細胞培養等功能的平臺，在當今的醫學研究中具有廣闊的發展前景。而目前基于傳統技術的3D微流控芯片加工面臨加工周期長，制造成本高，芯片功能結構單一的問題,如果能夠在短時間內基于實驗方案個體化定制3D微流控芯片，將會為生物醫學研究，尤其是體外微環境構建研究提供高效工具。浙江大學浙江省三維打印工藝與裝備重點實驗室賀永、傅建中教授團隊經過兩年多的研究探索，提出了一種基于模塊化結構設計的3D微流控芯片定制工藝，該工藝能實現基于芯片功能設計的微流控芯片快速制造。本工藝結合生物制造技術，可以快速制造器官芯片，為后續芯片上不同器官的集成模擬提供了一種可行方案。本研究受到國家基金聯合基金-浙江省兩化融合重點項目、國家優秀青年基金、浙江省杰出青年基金項目資助。

3D微流控芯片的制造方法一直是微加工領域的研究熱點，常見的方法包括：傳統技術加工2D結構層疊得到3D芯片，3D打印技術直接制造3D微流控芯片和預先制造芯片模組組裝3D芯片。雖然這些方法制造得到的3D微流控芯片在一定程度上可以滿足實驗需求，但是它們無法兼顧醫學研究中對芯片材料生物兼容性和芯片制造快速簡便的要求，故對于不同的實驗環境和實驗要求，這些方法制造的3D芯片結構和功能需要不斷優化及改進，影響芯片內細胞、組織的培養和檢測，進而延長實驗周期。

我們課題組提出了一種全新的3D微流控芯片制造方法，其特點是根據實驗需求快速組裝芯片模塊，在保證生物兼容性的前提下實現3D微流控芯片的快速重構。通過課題組前期自行研發的糖打印機，利用糖擠出噴頭制造流道圖案，澆注PDMS固化后翻模得到PDMS基的芯片模組。根據實驗需求設計，將不同功能的PDMS芯片模組及柔性電路、生物支架等附屬部件整合，利用快速可逆封裝的技術構建完整功能的3D微流控芯片。不同功能的芯片設計只需依據設計更換不同功能的模組即可。通過大量的工藝實驗，系統解決了PDMS模組的成型問題；通過芯片重構實驗演示了基于功能設計的芯片快速定制；并通過后續的細胞培養、細胞氧化應激損傷及器官芯片快速構建展示了該方法在生物醫學應用中的可能性。

基于模塊化結構設計的3D微流控芯片快速制造原理圖

一種適于生物醫學應用的集成芯片的快速制造

基于功能設計的微流控芯片快速重構

快速定制芯片內的細胞培養研究

快速定制芯片內的細胞氧化應激損傷研究

器官芯片的快速構建研究

目前該成果已在ACS旗下的ACS Biomaterials Science & Engineering期刊發表，題為“Rapid Customization of 3D Integrated Microfluidic Chips via Modular Structure-BasedDesign”，DOI: 10.1021/acsbiomaterials.7b00401。