Introducido por primera vez en la década de 1980, La estereolitografía (SL) es un proceso de fabricación aditiva que imprime objetos en 3-D mediante el curado selectivo de resina polimérica líquida utilizando una fuente de luz ultravioleta (UV) capa por capa. El polímero empleado sufre una reacción fotoquímica que lo convierte de líquido a sólido cuando se expone a la iluminación UV. Hoy dia, SL se promociona como una de las formas más precisas de impresión 3-D que es accesible para los consumidores, con modelos de escritorio (p. ej., variantes de pantalla de cristal líquido) que cuestan tan solo USD $ 300.

SL es una opción atractiva para los investigadores en el campo de la microfluídica. No solo tiene la capacidad de fabricar dispositivos de microfluidos en un solo paso a partir de un modelo generado por computadora, pero también permite la fabricación de estructuras verdaderamente tridimensionales que de otro modo habrían sido un desafío, si no imposible, con los enfoques de fabricación existentes.

Sin embargo, al emplear impresoras SL en la impresión de canales de microfluidos, ocurren dos problemas representativos. Primeramente, Puede ocurrir una polimerización inadvertida de resina sin curar en el hueco del canal. Durante la impresión, la resina líquida queda atrapada dentro del canal vacío. La iluminación de las capas posteriores puede curar inadvertidamente la resina líquida atrapada, lo que resultará en una obstrucción del canal.

En segundo lugar, en el caso de que no se produzca una polimerización inadvertida de la resina, la evacuación de la resina atrapada dentro del canal vacío todavía puede ser un desafío. Esto se debe a que la resina líquida existente es viscosa (es decir, consistencia como la miel), dificultando la evacuación de canales estrechos o redes con múltiples ramas. Estos dos desafíos limitan la posibilidad de lograr las dimensiones y la complejidad del canal en las redes fluídicas impresas por SL.

Para abordar estas limitaciones, investigadores de la Universidad de Tecnología y Diseño de Singapur (SUTD) en colaboración con el grupo de investigación del profesor asistente Toh Yi-Chin de la Universidad Nacional de Singapur, desarrolló un enfoque de diseño que puede mejorar las dimensiones de canal alcanzables y la complejidad de las redes con SL existente (consulte la imagen).

"La forma convencional de imprimir dispositivos de microfluidos con impresoras SL es imprimir todo el dispositivo como una entidad monolítica. Sin embargo, problemas como la polimerización inadvertida del vacío del canal y la dificultad para evacuar el vacío del canal surgen de la impresión como una entidad monolítica, ", explicó el investigador principal, profesor asistente Michinao Hashimoto de Desarrollo de productos de ingeniería, SUTD.

En lugar de, los investigadores adoptaron un enfoque de modularización, donde deconstruyeron espacialmente un canal de microfluidos en subunidades más simples, los imprimió por separado, y posteriormente los ensambló para formar redes de microfluidos. Al aplicar este enfoque, pudieron imprimir redes de microfluidos con mayor complejidad (como ramificaciones jerárquicas) y dimensiones de canal más pequeñas.

"Por diseño, cada subunidad se deconstruye espacialmente para tener geometrías simples que no resultarían en una polimerización inadvertida. Las geometrías simples también facilitaron la evacuación de la resina sin curar, "dijo el autor principal, Terry Ching, estudiante de posgrado de SUTD.

El equipo pudo fabricar una variedad de redes fluídicas que eran difíciles de imprimir con métodos convencionales. Su demostración incluye redes de ramificación jerárquica, redes de celosía rectilíneas, redes helicoidales, etc. También pudieron demostrar la eficacia de su enfoque al mostrar una mejora sustancial en las dimensiones del canal (es decir, canal w =75 μm yh =90 μm) en comparación con el método de impresión convencional 'monolítico'.

Un caso de uso obvio es la aplicación de este enfoque para fabricar redes fluídicas utilizando hidrogel para imitar la vasculatura nativa. Hasta la fecha, la variedad de hidrogeles imprimibles SL es limitada, ya menudo carecen de las propiedades mecánicas necesarias para una impresión precisa o la biocompatibilidad requerida para la incorporación de células vivas. Simplificando las geometrías de cada subunidad, el equipo usó hidrogel para fabricar intrincadas redes fluídicas, imitando la vasculatura nativa.

"Simplificar las geometrías de las subunidades también reduce el uso de aditivos que pueden ser dañinos para las células biológicas, "añadió Ching.

Considerándolo todo, Este es un enfoque de diseño general que puede eludir algunos de los mayores desafíos en los microfluídicos impresos SL:al aplicar este enfoque, Las impresoras SL existentes ahora pueden fabricar microfluidos con dimensiones de canal más finas, y más complejidades ramificadas. Este trabajo de investigación ha sido publicado en Materiales de ingeniería avanzada .