美国陆军ERDC为密苏里大学拨款100万美元，为医疗行业研究一种复杂的微流体过滤器

2024年1月11日，南极熊获悉，美国陆军工程师研究与开发中心(ERDC)为密苏里大学工程学院(Mizzou Engineering)拨款100万美元（约合716万人民币），用于安装一台新型Nanoscribe Quantum X Shape高分辨率3D打印机。研究人表示，他们花了八年时间，试图找出一种制造复杂微流体过滤器的方法，使医生能够有效地从患者血液中回收癌细胞且不损坏细胞。现在通过3D打印技术有希望进一步实现这项研究。

△Matt Maschmann教授（中）和Elliott Leiinauer（左四）观看新型Nanoscribe Quantum X Shape 的演示

密苏里大学的学生、电气工程博士Elliott Leinauer说道：“自2021年以来，我们一直致力于制造新设计。这台打印机在演示中表明它可以在20秒内完成这一任务。”

密苏里大学机械与航空航天工程副教授兼材料科学与工程研究所联合主任Matt Maschmann 说："Nanoscribe打印机的意义在于，它的打印分辨率小于许多有趣的工程问题（包括生物细胞甚至光的波长）的基本长度尺度。同时，它还能制造直径达3英寸的图案，使其成为适用于多种应用的强大工具。

Maschmann的意思是说，Nanoscribe的应用范围从生命科学到微电子，再到用于安全和国防的先进光学皆适用。

△3D打印技术用于高效加工微纳结构

3D打印技术开发复杂微流体过滤器

ERDC资助项目的首席研究员Derek Anderson教授表示："这个装置对于我们研究由人工智能设计，并用于人工智能的先进光学新材料来说是令人兴奋的。我们已经在计算和模拟方面做了很多工作，这个装置可以让我们制作原型，以验证、比较和推进我们的研究"。

Leinauer的研究重点是寻找一种精确的方法，让医生从简单的抽血中提取活癌细胞。这是一个重要的应用，因为它开辟了更多定制方法来确定最佳治疗方法。目前，肿瘤学家根据过去的成功经验推荐化疗、放疗和其它癌症治疗方法。相反，能够研究患者的转移癌细胞将使医生能够根据患者的具体需求进行测试，并推荐最佳治疗方案。

Leinauer表示：“之前，当你试图提取癌细胞时，它们会在此过程中受损或死亡。现在，我们使用双光子灰度光刻系统开发一种可以捕获癌细胞的过滤器。这种制造过程是将微/纳米级几何图案从光掩模转移到硅晶圆上的行为。”

通常情况下，这种类型的过滤器可以捕获癌细胞，但这些细胞通常比大多数其它细胞都大。然而，到目前为止，还没有一种方法可以将它们从过滤器中取出而不造成破坏。为了缓解这个问题，Leinauer想到了一种设计，可以改变过滤器形状，从而更容易地释放捕获的癌细胞，而不会损坏它们。

他说：“这个想法是，使用外部力量来改变通道的几何形状，将这种迷宫般的内部通道转换成更简单的东西，从而为捕获的细胞创建这些流体高速公路，以轻松逃离过滤器。但它需要极为复杂的设计和制造工艺。现在，通过3D打印光刻技术和先进的几何设计学，过滤器可实现速度和精度相结合。”

△Nanoscribe Quantum X是世界上第一个双光子灰度光刻系统，用于折射和衍射微光学和表面图案的无掩模微加工

微加工3D打印技术的拓展

另外，Maschmann设想将Nanoscribe Quantum X Shape用于目前的半导体器件图案化研究，因为它可以在微观层面上对电路进行图案化。该打印机还可以提供微小的几何设计，够以特定的模式逐层构建碳纳米管薄膜。

△双光子高精准灰度光刻系统Quantum X shape

该技术还可应用于先进的传热应用。Maschmann解释：“它可以操纵液滴以增强两相传热。当小液滴接触时，它们会释放大量的表面能，这种能量如此之大，以至于液体会从表面上跳下来，这对传热非常有利。”

这项技术是具有突破性意义的。它使我们能够追求那些受到传统制造工艺限制，而原本不可行的全新理念。3D打印技术彻底改变了研发人员的制造能力，并且相对容易地实现了这一点，从而解放了研究人员，加速了创新的步伐。