Introdotto per la prima volta negli anni '80, la stereolitografia (SL) è un processo di produzione additiva che stampa oggetti 3D mediante polimerizzazione selettiva di resina polimerica liquida utilizzando una sorgente di luce ultravioletta (UV) in modo strato per strato. Il polimero impiegato subisce una reazione fotochimica che lo trasforma da liquido a solido quando esposto all'illuminazione UV. Oggi, SL è pubblicizzata come una delle forme più accurate di stampa 3D accessibile ai consumatori, con modelli desktop (ad es. varianti di display a cristalli liquidi) che costano fino a $ 300 USD.

SL è un'opzione interessante per i ricercatori nel campo della microfluidica. Non solo ha la capacità di fabbricare dispositivi microfluidici in un unico passaggio da un modello generato al computer, ma consente anche la fabbricazione di strutture veramente 3D che altrimenti sarebbero state impegnative, se non impossibile, con gli approcci di fabbricazione esistenti.

Però, quando si utilizzano stampanti SL nella stampa di canali microfluidici, si verificano due problemi rappresentativi. in primo luogo, Può verificarsi una polimerizzazione involontaria della resina non polimerizzata nel vuoto del canale. Durante la stampa, la resina liquida è intrappolata nel vuoto del canale. L'illuminazione degli strati successivi può inavvertitamente polimerizzare la resina liquida intrappolata, che si tradurrà in un intasamento del canale.

In secondo luogo, nel caso in cui non si verifichi una polimerizzazione involontaria della resina, l'evacuazione della resina intrappolata all'interno del vuoto del canale può essere ancora una sfida. Questo perché la resina liquida esistente è viscosa (cioè, consistenza come il miele), rendendo difficile l'evacuazione di canali stretti o reti con più rami. Queste due sfide limitano la raggiungibilità delle dimensioni e della complessità del canale nelle reti fluidiche stampate da SL.

Per affrontare questi limiti, ricercatori della Singapore University of Technology and Design (SUTD) in collaborazione con il gruppo di ricerca dell'assistente professore Toh Yi-Chin della National University of Singapore, sviluppato un approccio progettuale in grado di migliorare le dimensioni del canale ottenibili e la complessità delle reti con SL esistenti (fare riferimento all'immagine).

"Il modo convenzionale di stampare dispositivi microfluidici con le stampanti SL è stampare l'intero dispositivo come un'entità monolitica. Tuttavia, problemi come la polimerizzazione involontaria del vuoto del canale e la difficoltà nell'evacuare il vuoto del canale derivano dalla stampa come entità monolitica, " ha spiegato il ricercatore principale Assistant Professor Michinao Hashimoto di Engineering Product Development, SUTD.

Anziché, i ricercatori hanno adottato un approccio di modularizzazione, in cui hanno decostruito spazialmente un canale microfluidico in subunità più semplici, stampati separatamente, e successivamente li ha assemblati per formare reti microfluidica. Applicando questo approccio, sono stati in grado di stampare reti microfluidiche con una maggiore complessità (come la ramificazione gerarchica) e dimensioni del canale più piccole.

"Per progettazione, ogni subunità è decostruita spazialmente per avere geometrie semplici che non comporterebbe una polimerizzazione involontaria. Le semplici geometrie hanno anche facilitato l'evacuazione della resina non polimerizzata, " ha detto l'autore principale Terry Ching, uno studente laureato della SUTD.

Il team è stato in grado di fabbricare una gamma di reti fluidiche difficili da stampare utilizzando metodi convenzionali. La loro dimostrazione include reti ramificate gerarchiche, reti reticolari rettilinee, reti elicoidali, ecc. Sono stati anche in grado di dimostrare l'efficacia del loro approccio mostrando un sostanziale miglioramento delle dimensioni del canale (cioè, canale w =75 μm e h =90 μm) rispetto all'utilizzo dell'approccio di stampa "monolitico" convenzionale.

Un caso d'uso ovvio è l'applicazione di questo approccio per fabbricare reti fluidiche usando l'idrogel per imitare la vascolarizzazione nativa. Ad oggi, la varietà di idrogel stampabili SL è limitata, e spesso mancano delle proprietà meccaniche necessarie per una stampa accurata o della biocompatibilità richiesta per l'incorporazione di cellule viventi. Semplificando le geometrie di ciascuna subunità, il team ha utilizzato l'idrogel per fabbricare intricate reti fluidiche, imitando la vascolarizzazione nativa.

"Semplificare le geometrie delle subunità riduce anche l'uso di additivi che possono essere dannosi per le cellule biologiche, "aggiunse Ching.

Tutto sommato, questo è un approccio di progettazione generale che può aggirare alcune delle maggiori sfide nella microfluidica stampata in SL:applicando questo approccio, le stampanti SL esistenti possono ora fabbricare microfluidica con dimensioni del canale più fini, e altre complessità ramificate. Questo documento di ricerca è stato pubblicato in Materiali di ingegneria avanzata .