Diseño y Prototipado Rápido de Sistemas Microfluídicos Impresos en 3D para Flujo Multifásico
Autores: Oldach, Bastian; Fortmann, Robin; Pleie, Theo; Timm, Philip; Kockmann, Norbert
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Diseño y Prototipado Rápido de Sistemas Microfluídicos Impresos en 3D para Flujo Multifásico
Categoría
Ciencias Naturales y Subdisciplinas
Subcategoría
Química
Palabras clave
Dispositivos microfluídicos
Fabricación aditiva
Impresoras de estereolitografía basadas en láser
Fabricación
Microfluidos multifásicos
Dispositivo de enfoque de flujo
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 15
Citaciones: Sin citaciones
Desde la aparición de dispositivos microfluídicos, las técnicas de fabricación sustractivas han dominado su producción. Aunque los procesos de fabricación convencionales están bien establecidos, presentan algunas desventajas que limitan la accesibilidad y obstaculizan el desarrollo posterior de la microfluídica. Con el auge de la fabricación aditiva, los investigadores se centran en desarrollar métodos de fabricación alternativos para promover la asequibilidad y la accesibilidad. Este documento presenta las oportunidades y desafíos de las impresoras de estereolitografía basadas en láser para la fabricación de equipos microfluídicos. Se hace hincapié en el diseño y el proceso de prototipado iterativo desde la idea de diseño inicial hasta el dispositivo final. Para imprimir con precisión geométrica adecuada y suficiente y con material adecuado, se discute la optimización del rendimiento de la impresora. En cuanto al diseño de microfluídica multifásica y su comportamiento fluido complejo, se presentan tratamientos de superficie adecuados, incluido un protocolo de limpieza apropiado, y estrategias de recubrimiento para hacer que los canales impresos sean hidrofílicos o hidrofóbicos, asegurando así su aplicabilidad. Con estos fundamentos de la fabricación aditiva en la fabricación microfluídica a la mano, el segundo enfoque de esta contribución se centra en la aplicación de un dispositivo modular de co-flujo y un dispositivo monolítico de enfoque de flujo para generar gotas y bloques en diferentes aplicaciones de flujo multifásico. El conjunto de co-flujo presentado cuenta con un capilar cónico que afecta el tamaño de las gotas y bloques debido a los diferentes diámetros, siendo los diámetros más grandes los que conducen a gotas y bloques más grandes y viceversa. Se evaluaron varios parámetros de diseño para el dispositivo de enfoque de flujo para determinar la influencia del diseño del dispositivo en la formación de flujo multifásico. Se encontró que el diámetro de la entrada para la fase dispersa tiene el mayor efecto en el tamaño de las gotas y bloques resultantes y cubre el rango más amplio de tamaños ajustables.
Descripción
Desde la aparición de dispositivos microfluídicos, las técnicas de fabricación sustractivas han dominado su producción. Aunque los procesos de fabricación convencionales están bien establecidos, presentan algunas desventajas que limitan la accesibilidad y obstaculizan el desarrollo posterior de la microfluídica. Con el auge de la fabricación aditiva, los investigadores se centran en desarrollar métodos de fabricación alternativos para promover la asequibilidad y la accesibilidad. Este documento presenta las oportunidades y desafíos de las impresoras de estereolitografía basadas en láser para la fabricación de equipos microfluídicos. Se hace hincapié en el diseño y el proceso de prototipado iterativo desde la idea de diseño inicial hasta el dispositivo final. Para imprimir con precisión geométrica adecuada y suficiente y con material adecuado, se discute la optimización del rendimiento de la impresora. En cuanto al diseño de microfluídica multifásica y su comportamiento fluido complejo, se presentan tratamientos de superficie adecuados, incluido un protocolo de limpieza apropiado, y estrategias de recubrimiento para hacer que los canales impresos sean hidrofílicos o hidrofóbicos, asegurando así su aplicabilidad. Con estos fundamentos de la fabricación aditiva en la fabricación microfluídica a la mano, el segundo enfoque de esta contribución se centra en la aplicación de un dispositivo modular de co-flujo y un dispositivo monolítico de enfoque de flujo para generar gotas y bloques en diferentes aplicaciones de flujo multifásico. El conjunto de co-flujo presentado cuenta con un capilar cónico que afecta el tamaño de las gotas y bloques debido a los diferentes diámetros, siendo los diámetros más grandes los que conducen a gotas y bloques más grandes y viceversa. Se evaluaron varios parámetros de diseño para el dispositivo de enfoque de flujo para determinar la influencia del diseño del dispositivo en la formación de flujo multifásico. Se encontró que el diámetro de la entrada para la fase dispersa tiene el mayor efecto en el tamaño de las gotas y bloques resultantes y cubre el rango más amplio de tamaños ajustables.