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Biofluidix点样喷头助力诊断测试及制造的表面涂层技术新发展

2025-05-13     来源:本站     点击次数:185

Biofluidix助力创新微滴分配技术，开启诊断测试的制造新篇章

在现代科技产业中，喷涂、喷墨打印、微接触印刷等多种表面涂层工艺广泛应用于电子产品、生物仪器、医疗检测设备等。在诊断测试及制造领域，普遍存在液体分布不均、材料利用率低、涂层精度与厚度不稳定等问题，严重制约了产品质量提升与行业发展。因此，研发高精度、高效率、高均匀性且具备可扩展性的表面涂层技术，成为当下亟待解决的问题。


在此背景下，弗莱堡大学微系统工程系（IMTEK）联合德国Biofluidix公司于2024 年 6 月 26 日在《Micromachines》杂志上发表了文章《Highly Parallel Droplet Dispensing Approach to Provide Homogeneous and Controllable Droplet Arrays for Diagnostic Test Manufacturing》。在该研究中，作者研发了一种微量-压电式皮升级／纳升级点样设备，用于生物芯片等需要高精度喷点产品的研发制造。

实验流程：
  • 1.分配装置：主要由墨盒、活塞、压电致动器和喷嘴芯片构成（图1）。墨盒采用铣削聚甲基丙烯酸甲酯（Polymethyl Methacrylate，PMMA）材料制作，设有两个 200μm 高的进料通道，用于引导液体从储液器流入腔室。活塞由 3DM-Tough 树脂材料经 Prusa sl1s 光固化 3D 打印机制成，其带有 O 型圈密封结构，与 BioFluidix特制的微量压电式皮升级／纳升级点样喷头相连。喷嘴芯片由 300μm 厚硅片经深反应离子蚀刻（Deep Reactive Ion Etching，DRIE）工艺制成，喷嘴入口深 150μm，且表面经处理，喷嘴表面疏水、入口亲水（图2）。
 
图1 喷点装置示意图

 
图 2 喷嘴芯片示例图
(A) 喷嘴阵列设计细节；(B) 芯片表面，包括喷嘴入口和喷嘴表面；(C) 喷嘴芯片的横截面图，显示喷嘴入口和喷嘴高度；(D) 组装好的墨盒和喷头示例
 
  • 2.无气泡灌注：为保证液滴分配稳定，先进行无气泡灌注。利用压力储液器提供 0.5mbar 压力，使液体流经进料通道，充分湿润流体路径和腔室，有效排除气泡，确保实验稳定进行。
  • 3.液滴喷射：实验时，腔室内活塞直接推动液体，在压电叠堆致动器精确控制下液滴从喷嘴阵列稳定喷射。活塞上下运动循环作业，向下推动液体形成液滴，向上则使腔室重新填充液体，维持连续稳定的液滴喷射。
经过一系列实验，该研究取得了如下测试成果：
  • 1.确立设计规则：研究得出喷嘴芯片的经验设计规则，明确了喷嘴直径、间距和阵列尺寸与液滴体积、活塞表面积的关系，为喷嘴芯片设计提供了实用依据（图2）。
  • 2.精准控制液滴：该装置可精准调控液滴体积（140pL - 20nL）和速度。特定配置下，压电冲程 1 - 4μm、冲程速度 20 - 45μm/ms 时，液滴分配效果良好，体积变异系数CV低于 2.5%，平均液滴体积达 366pL。
  • 3.适应多种材料：实验表明，装置能适应不同粘度液体。随着液体粘度增加，通过调整压电冲程和速度，仍可实现稳定液滴喷射，只是液滴体积会相应减小。
  • 4.稳定性良好：模拟生产线环境 12 小时连续实验中，装置分配液滴 10,800 次，打印阵列质量稳定，证明其可靠性高，适用于工业连续生产。
这项研究成果为诊断测试及制造的表面涂层技术带来新的思路。BioFluidix制备的微量-压电式-皮升级／纳升级点样喷头在实验中展现出优异性能，为实现高精度、高均匀性表面涂层提供了可靠方案。其在生物传感器、酶联免疫吸附测定（Enzyme-Linked Immunosorbent Assay，ELISA）板、侧向流动测试等领域应用前景广阔，有望推动诊断测试制造行业进入新的发展阶段。

更多资讯请访问文献全文链接：https://doi.org/10.3390/mi15070824


 
Biofluidix是全球领先的研发制造高精度生物芯片点样和分液系统的生产厂家，不仅有自动化点样分液平台，也提供模块化的皮升/纳升/微升（pl/nl/μl）分液装置，能够兼容第三方设备，实现精准点样和分液。广泛应用于生物、材料、航空、航天等多个领域。

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