微流控芯片（Microfluidic Chips）作为集成化的微尺度流体操控平台，近年来在生命科学、药物筛选、疾病诊断、环境分析等领域展现出极高的技术潜力。其基本原理是在芯片内构建微米级别的封闭通道与反应单元，通过外部控制系统驱动液体在微腔中流动，实现高通量、低损耗、多参数耦合的实验功能，素有“实验室芯片”之称。

微流控芯片的核心在于其复杂流体路径的空间构建能力。当前主要制造方法有软光刻、微铣削、模压成型等，虽然在某些场景中已实现应用，但在复杂结构、高精度成型、功能集成等面临制造难题。

面对微流控芯片制造复杂性日益增加的发展趋势，微纳3D打印技术作为一种新兴精密构建技术，正在成为突破当前制造瓶颈的关键路径，正在成为制备高精度复杂微流控芯片结构的理想方案。

应用案例一：多功能一体化的微流控芯片

具有多功能集成、适合微量样品处理特点的微流控芯片，在集成样品引入单元和前处理模块可以大大提高分析效率。武汉大学胡斌教授课题组报道了一种采用3D打印技术构建的集细胞裂解、整体柱微萃取、微阀控制单元和微流全耗型高效雾化器多功能一体化的微流控芯片，并将其用于细胞中痕量稀土的分析。

研究团队采用摩方精密面投影微立体光刻（PμSL）3D打印技术制造的一体化样品引入系统，主要包含多功能阵列整体柱微萃取芯片和可拆卸微流全耗型高效雾化器（MTHEN）。该3D打印（3DP）阵列整体微萃取芯片由细胞裂解单元和阵列整体微萃取单元组成，并集成了微阀控制单元以实现上样/解吸的自动切换，通过具有定制结构和接口的3DP-MTHEN将其与ICP-MS在线连接。结合ICP-MS检测，系统评估了3DP整体柱对痕量稀土元素(REEs)的萃取性能以及3DP-MTHEN的雾化性能，并将其用于少量MCF-7细胞中痕量REEs的分析。

3D打印ICP-MS样品引入系统示意图

上述结构由摩方精密微纳3D打印系统：microArch? S130 （精度：2 μm）3D制备，3DP阵列整体柱微萃取芯片包括两个并联的微萃取单元，通过微阀控制单元集成在一起；每个微萃取单元设计了三个入口，分别用于将细胞溶液、裂解液和解吸溶液引入芯片。

利用摩方精密微纳3D打印系统制备的微流控装置，其结构特征裂解单元为椭圆形流道，内径为150μm，微萃取单元由重复的点阵组成，杆径为20μm。

研究通过3DP技术构建了由阵列整体柱微萃取芯片、微阀和微流雾化器组成的多功能一体化样品引入系统，将其与ICP-MS在线联用，用于细胞中超痕量REEs的分析。多功能阵列整体柱微萃取芯片集成了细胞裂解单元、整体柱微萃取和微阀控制单元，具有结构简单、使用寿命长、死体积小、成本低、易于与ICP-MS检测相匹配等优点。将高度集成的3DP一体化样品引入系统作为ICP-MS的样品引入单元，基于此所构建的在线分析方法细胞消耗量低，适用于分析小体积复杂样品，为后续REEs的细胞毒性研究提供了有力的技术支持。

论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.analchem.4c05810

应用案例二：金字塔多孔结构实现乳液分离

目前，在解决水包油乳液的分离问题时，学者们通常采用超亲水水下超疏油过滤膜。然而，许多现有材料，如海绵和金属泡沫，在长时间使用过程中会受到污染，从而降低分离效率。因此，开发具有防污性能的分离材料已成为实现持久高效油水分离的关键。

来自西北农林科技大学和大连理工大学的课题组，利用高精度3D打印技术设计和制备一种超亲水金字塔形多孔材料，并实现高效的油包水乳化液分离。独特的金字塔形结构增强了液滴拦截能力，滴入乳液（水包油）后，水可以穿过多孔结构，而油会被阻挡在多孔结构中，从而显著提高了分离效率。该材料表面采用自聚合多巴胺(DA)和聚乙烯亚胺(PEI)涂层进行改性，使其具有超亲水和水下超疏油性能。该多孔材料的分离通量达到3098 L/m2h，分离纯度达到99.3%。利用计算流体动力学(CFD)模拟技术可视化了乳化液分离机理，从而深入了解了漏斗结构内液滴行为的动态过程。

金字塔形多孔材料的结构设计与制造工艺

实验所需结构首先采用摩方精密PμSL技术制备金字塔多孔结构基底，在通过涂层处理（聚多巴胺/聚乙烯亚胺共聚物）得到亲水及水下超疏油多孔结构。该研究表明，使用高精度3D打印技术，聚丙烯酸树脂被逐层打印，然后涂有 PDA/PEI 聚合物，形成超亲水性金字塔形多孔材料，将增强液滴拦截效果，显著提供乳液分离效率，有望应用于在环境修复和工业废水处理领域。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.156808

应用案例三：用于胰岛微生理系统构建的微流控芯片

微生理系统，包括器官芯片系统，可以使用微流控三维细胞培养装置实现组织和器官的体外仿生。这些技术可以弥补动物模型在基础疾病研究中的不足，在某些情况下甚至可以替代它们。例如，它们在糖尿病药物的评价和筛选中表现出显着的优势和潜力。

基于此，来自上海大学的研究团队开发了一种基于纤维材料和微流体纺丝的胰岛微生理系统。该系统包括使用可控气动阀结合微流体旋转技术制备的胰岛负载微纤维，以及由与血管内皮细胞组装的微纤维组成的微流体系统。结果表明，制备的微纤维加载了大量具有良好细胞活性和功能的单分散胰岛簇。微纤维与血管内皮细胞在微流体系统中组装，提供模拟自然血管并支持高通量细胞负载的3D环境。微纤维被生长在其表面的内皮细胞血管化。微流控系统模拟毛细血管血流和营养交换，从而增强模型的生理相关性。该系统通过生物物理和生化因素的协同作用模拟生理条件的能力，使其成为生物医学研究的有力工具。

微流控纺丝技术结合气动阀制备的胰岛负载微纤维示意图

该研究团队利用摩方精密微纳3D打印系统：nanoArch S140（精度：10微米）制备了两种模板：微流控旋转芯片模板和组装芯片模板，并结合PDMS翻模技术完成实验所需结构。其生产载胰岛微纤维构建胰岛微生理系统，可用于抗糖尿病药物的体外评估，将推动微流控技术向临床前药物开发的转化。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2025.123480

微流控芯片的价值不仅在于微量检测或迷你化芯片，它也正在成为解构生命、诊断疾病、模拟环境、评估药效的底层硬件。当然，其制造方式也必须迎来革新。

微纳3D打印通过对结构尺度的精准掌控、对材料体系的多样支持、对功能集成的系统重构，正在成为微流控芯片制造革新的破题者。摩方精密所构建的“设备+材料+终端应用”一体化平台，为科研机构、医疗企业、生物制造公司带来前所未有的设计自由度与制造能力，将进一步推进高通量芯片制造能力和产业应用落地。