美國陸軍ERDC為密蘇里大學撥款100萬美元，為醫(yī)療行業(yè)研究一種復雜的微流體過濾器

2024年1月11日，南極熊獲悉，美國陸軍工程師研究與開發(fā)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(yī)生能夠有效地從患者血液中回收癌細胞且不損壞細胞�，F(xiàn)在通過3D打印技術有希望進一步實現(xiàn)這項研究。

△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(lián)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(fā)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(jīng)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(yī)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(jù)過去的成功經(jīng)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(yī)生能夠根據(jù)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�，F(xiàn)在，我們使用雙光子灰度光刻系統(tǒng)開發(fā)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(shù)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(chuàng)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(xiàn)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(xiàn)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(tǒng)，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(tǒng)Quantum X shape

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(tǒng)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(fā)人員的制造能力，并且相對容易地實現(xiàn)了這一點，從而解放了研究人員，加速了創(chuàng)新的步伐。