微流控芯片具有液體流動可控、消耗試樣和試劑極少、分析速度成十倍上百倍地提高等特點,它可以在幾分鐘甚至更短的時間內(nèi)進行上百個樣品的同時分析,并且可以在線實現(xiàn)樣品的預(yù)處理及分析全過程。

用于制作微流控芯片的加工技術(shù)大多繼承自半導(dǎo)體工業(yè)，其加工過程工序繁多，且依賴價格高昂的先進設(shè)備。采用3D打印技術(shù)，可以顯著簡化微流控芯片的加工過程，在打印材料的選擇上也非常靈活。

3D打印基于毛細驅(qū)動的微流控芯片

浙江大學(xué)賀永及其研究團隊提出了一種基于毛細驅(qū)動的3D打印微流控芯片（μ3DPADs），其無泵驅(qū)動的特點與現(xiàn)有的紙基微流控芯片類似。

對于紙基微流控芯片來說，毛細驅(qū)動的優(yōu)點是不需要外界泵驅(qū)動，體積小，成本低，非常適合于Point-of-Care（POC）系統(tǒng)等資源緊缺的應(yīng)用場合。但毛細驅(qū)動的缺點是流動場都被動的由毛細力控制，無法實現(xiàn)復(fù)雜的流動控制及流場的可編程。

通過3D打印可以將2D的紙基微流控芯片擴展到3D尺度。維數(shù)的增大帶來的優(yōu)勢是我們可通過調(diào)控其流道深度來實現(xiàn)流速的可控（流場的可編程）。

一系列的實驗證實該微流控芯片是目前2D紙基微流控芯片的有效補充，該微流控芯片適合于希望以無驅(qū)方式簡化流體驅(qū)動的同時又希望能實現(xiàn)一些復(fù)雜的流動控制。

3D打印結(jié)合微流控芯片加速藥物檢測

弗吉尼亞理工大學(xué)-維克森林大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院和科學(xué)研究所以及再生醫(yī)學(xué)機構(gòu)的助理教授Aleksander Skardal博士和Adam R Hall博士通過3D打印結(jié)合微流控芯片加速藥物檢測。

具體來說，研究人員建立了一個三維裝置，將肝細胞包圍在一個可以模仿ECM的生物聚合物中。肝細胞被UV交聯(lián)水凝膠溶液混合在一起，放入裝置內(nèi)，實施定域光聚合技術(shù)，在原位生成組織結(jié)構(gòu)。使用水凝膠是因為它能“特殊模仿自然ECM的特性，”根據(jù)研究顯示。該結(jié)構(gòu)在裝置內(nèi)可保持7天穩(wěn)定。

研究人員隨后用0-500mM的乙醇，與上述結(jié)構(gòu)混合進行毒理學(xué)分析。研究人員發(fā)現(xiàn)，乙醇的量對細胞活力有系統(tǒng)的影響。此外，對肝功能的分析評估表明，增加乙醇暴露后，人體血清白蛋白和尿素的輸出量有顯著減少。

3D打印“器官芯片”

此外，生物3D打印技術(shù)在制造復(fù)雜3D人體組織結(jié)構(gòu)方面具有潛力。微流控系統(tǒng)可以為3D 組織提供營養(yǎng)、氧氣和生長因子，在實驗室環(huán)境下重現(xiàn)各種疾病的微環(huán)境，可廣泛應(yīng)用于藥物研發(fā)、致病機理研究、細胞發(fā)育機制探討等領(lǐng)域。未來，先進的生物3D打印機不僅可以打印微流控平臺，還可以同時在微流控平臺中直接打印出定制化的微觀人體組織。

美國康涅狄格大學(xué)等機構(gòu)的科學(xué)家在Towards Single-Step Biofabrication of Organs on a Chip via 3D Printing（通過3D打印技術(shù)進行器官生物芯片的一步制造）一文中描述到，傳統(tǒng)的微流控芯片制造技術(shù)是勞動密集型的產(chǎn)業(yè)，不利于實驗室進行芯片設(shè)計的快速迭代和快速制造。將3D打印技術(shù)用于制造微流控生物芯片則可以在幾個小時內(nèi)實現(xiàn)微型流體通道的快速制造，有利于設(shè)計的快速迭代，提高了基于微流控研究的跨學(xué)科性，并加速創(chuàng)新。