Biofluidix點樣噴頭助力診斷測試及制造的表面涂層技術新發展
Biofluidix助力創新微滴分配技術，開啟診斷測試的制造新篇章
在現代科技產業中，噴涂、噴墨打印、微接觸印刷等多種表面涂層工藝廣泛應用于電子產品、生物儀器、醫療檢測設備等。在診斷測試及制造領域，普遍存在液體分布不均、材料利用率低、涂層精度與厚度不穩定等問題，嚴重制約了產品質量提升與行業發展。因此，研發高精度、高效率、高均勻性且具備可擴展性的表面涂層技術，成為當下亟待解決的問題。
在此背景下，弗萊堡大學微系統工程系（IMTEK）聯合德國Biofluidix公司于2024 年 6 月 26 日在《Micromachines》雜志上發表了文章《Highly Parallel Droplet Dispensing Approach to Provide Homogeneous and Controllable Droplet Arrays for Diagnostic Test Manufacturing》。在該研究中，作者研發了一種微量-壓電式皮升級／納升級點樣設備，用于生物芯片等需要高精度噴點產品的研發制造。
實驗流程：
- 1.分配裝置：主要由墨盒、活塞、壓電致動器和噴嘴芯片構成（圖1）。墨盒采用銑削聚甲基丙烯酸甲酯（Polymethyl Methacrylate，PMMA）材料制作，設有兩個 200μm 高的進料通道，用于引導液體從儲液器流入腔室。活塞由 3DM-Tough 樹脂材料經 Prusa sl1s 光固化 3D 打印機制成，其帶有 O 型圈密封結構，與 BioFluidix特制的微量壓電式皮升級／納升級點樣噴頭相連。噴嘴芯片由 300μm 厚硅片經深反應離子蝕刻（Deep Reactive Ion Etching，DRIE）工藝制成，噴嘴入口深 150μm，且表面經處理，噴嘴表面疏水、入口親水（圖2）。
圖1 噴點裝置示意圖
圖 2 噴嘴芯片示例圖
(A) 噴嘴陣列設計細節；(B) 芯片表面，包括噴嘴入口和噴嘴表面；(C) 噴嘴芯片的橫截面圖，顯示噴嘴入口和噴嘴高度；(D) 組裝好的墨盒和噴頭示例
- 2.無氣泡灌注：為保證液滴分配穩定，先進行無氣泡灌注。利用壓力儲液器提供 0.5mbar 壓力，使液體流經進料通道，充分濕潤流體路徑和腔室，有效排除氣泡，確保實驗穩定進行。
- 3.液滴噴射：實驗時，腔室內活塞直接推動液體，在壓電疊堆致動器精確控制下液滴從噴嘴陣列穩定噴射。活塞上下運動循環作業，向下推動液體形成液滴，向上則使腔室重新填充液體，維持連續穩定的液滴噴射。
經過一系列實驗，該研究取得了如下測試成果：
- 1.確立設計規則：研究得出噴嘴芯片的經驗設計規則，明確了噴嘴直徑、間距和陣列尺寸與液滴體積、活塞表面積的關系，為噴嘴芯片設計提供了實用依據（圖2）。
- 2.精準控制液滴：該裝置可精準調控液滴體積（140pL - 20nL）和速度。特定配置下，壓電沖程 1 - 4μm、沖程速度 20 - 45μm/ms 時，液滴分配效果良好，體積變異系數CV低于 2.5%，平均液滴體積達 366pL。
- 3.適應多種材料：實驗表明，裝置能適應不同粘度液體。隨著液體粘度增加，通過調整壓電沖程和速度，仍可實現穩定液滴噴射，只是液滴體積會相應減小。
- 4.穩定性良好：模擬生產線環境 12 小時連續實驗中，裝置分配液滴 10,800 次，打印陣列質量穩定，證明其可靠性高，適用于工業連續生產。
這項研究成果為診斷測試及制造的表面涂層技術帶來新的思路。BioFluidix制備的微量-壓電式-皮升級／納升級點樣噴頭在實驗中展現出優異性能，為實現高精度、高均勻性表面涂層提供了可靠方案。其在生物傳感器、酶聯免疫吸附測定（Enzyme-Linked Immunosorbent Assay，ELISA）板、側向流動測試等領域應用前景廣闊，有望推動診斷測試制造行業進入新的發展階段。
更多資訊請訪問文獻全文鏈接：https://doi.org/10.3390/mi15070824
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Biofluidix是全球領先的研發制造高精度生物芯片點樣和分液系統的生產廠家，不僅有自動化點樣分液平臺，也提供模塊化的皮升/納升/微升（pl/nl/μl）分液裝置，能夠兼容第三方設備，實現精準點樣和分液。廣泛應用于生物、材料、航空、航天等多個領域。
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