Mikrofluidische Devices: Neue 3D-Drucktechnik integriert Elektronik in Mikrokanäle

Der Übergang von herkömmlichen 2D- zu 3D-Mikrofluidikstrukturen ist ein bedeutender Fortschritt in der Mikrofluidik und bietet Vorteile für wissenschaftliche und industrielle Anwendungen. Forschende der Singapore University of Technology and Design haben einen interessanten Ansatz entwickelt.

Die Forschenden optimierten die Einstellungen für den DIW-3D-Druck, um stützfreie Hohlstrukturen für Silikondichtstoffe zu schaffen, die sicherstellen, dass die extrudierte Struktur nicht zusammenbricht. Das Team erweiterte diese Demonstration auf die Herstellung von vernetzten, mehrschichtigen Mikrokanälen mit Durchgangslöchern zwischen den Schichten, die häufig für elektronische Geräte wie Antennen für die drahtlose Kommunikation erforderlich sind.

Ein weiteres Problem ist die Integration elektronischer Komponenten in die Mikrokanäle während des 3D-Druckprozesses. Dies ist mit sofort härtenden Harzen schwierig zu erreichen. Das Forschungsteam nutzte allmählich härtende Harze, um kleine elektronische Elemente wie RFID-Tags und LED-Chips einzubetten und zu fixieren. Die Selbstanpassung dieser Elemente mit Mikrokanälen ermöglichte die Selbstmontage der Komponenten mit den elektrischen Leitungen, wenn Flüssigmetall durch den Kanal geleitet wurde.

“Unsere Technologie bietet eine neue Möglichkeit zur automatisierten Herstellung von dehnbaren gedruckten Schaltkreisen mit einer 3D-Konfiguration von elektrischen Schaltkreisen, die aus flüssigen Metallen bestehen”, sagt der Hauptautor der Studie, Dr. Kento Yamagishi, SUTD.

Diese Technologie ist besonders wichtig, da viele elektronische Geräte eine 3D-Konfiguration von leitfähigen Drähten erfordern, wie beispielsweise einen Brückendraht in einer Spule. Das SUTD-Forschungsteam schlug eine einfache Lösung zur Realisierung von Geräten mit solchen komplexen Konfigurationen vor. Durch das Injizieren von Flüssigmetall in einen 3D-mehrschichtigen Mikrokanal mit eingebetteten elektronischen Komponenten wird die Selbstmontage der leitfähigen Drähte mit diesen Komponenten erleichtert, was die Herstellung flexibler und dehnbarer Flüssigmetallspulen ermöglicht.

Als Beispiel für die praktischen Vorteile dieser Technologie erstellte das Team einen hautanheftbaren Radiofrequenz-Identifikation (RFID)-Tag mit einem handelsüblichen hautklebenden Pflaster als Substrat und ein freistehendes flexibles drahtloses Leuchtgerät mit einem kompakten Fußabdruck. Der hergestellte RFID-Tag zeigte einen hohen Q-Faktor (~70) auch nach 1.000 Zyklen von Zugbelastung (50% Dehnung) und bewies damit seine Stabilität bei wiederholten Deformationen und Haftung auf der Haut.

“Der DIW-3D-Druck von elastomeren, mehrschichtigen Mikrokanälen wird die automatisierte Herstellung von fluidischen Geräten mit einer 3D-Anordnung von Kanälen ermöglichen, darunter multifunktionale Sensoren, Multi-Material-Mixer und 3D-Gewebegerüste”, sagt Associate Professor Michinao Hashimoto, SUTD Principal Investigator.

Mit der DIW-3D-Drucktechnik für elastomere mehrschichtige Mikrokanäle wird die automatisierte Herstellung von fluidischen Geräten mit 3D-Anordnung von Kanälen ermöglicht, einschließlich multifunktionaler Sensoren, Mehrstoffmischer und 3D-Gewebeengineering-Gerüste.