“共形3D打印技术可以在生物表面(如人类皮肤)上快速定制微流体设备，”该公司解释说CCDC士兵中心的约书亚Uzarski。“监控士兵身体状态的能力可以让他们在需要的时候安全地离开战场，从士兵手中获得判断权。”
给士兵配备生物监测设备可能听起来很新鲜2077年网络朋客美国陆军正在利用3D打印技术将这项技术快速推进到2020年。CCDC开发了新型的多用途生物传感器，以及对部队进行生理跟踪的传感器，有潜力为他们提供对战场态势威胁的增强意识。
随着现代战争变得越来越先进，美国陆军越来越多地开发保护其人员免受生物武器威胁的方法。利用CCDC团队的3D打印传感器，现在可以在战场上检测武器化毒素、细菌或病毒，为士兵提供最大可能的生存机会。
尽管近年来已经试验了几项类似的“芯片上的实验室”技术，但乌扎尔斯基的技术是第一个被开发成可实战设备的。在CCDC工作的六年里，乌扎尔斯基领导了另外两个生物传感器项目，他是表面化学方面的专家，但自从与明尼苏达大学(UMN)，他取得了重大进展。
在联合团队的论文发布后，我与乌扎尔斯基和他的CCDC同事Michael Wiederoder和Ruitao Su举行了问答，以了解更多关于3D打印如何使这些可植入传感器成为可能。
3D打印行业:CCDC与UMN共同研究的目标和抱负是什么?
约书亚Uzarski:士兵中心多年来一直在研究基于阵列的生物传感器，但没有能力将这些发现转化为可部署的平台。UMN提供了工程专业知识，推动微流控技术向前发展，帮助将传感器的想法转变为现场设备，包括纺织品(用于制服)、便携式现场设备，甚至用于生理监测的皮肤。
3D打印行业:这些设备在军事应用中的潜在好处是什么?
JU:该技术的好处包括能够创建更适用于现场的传感器设备，并与基于生物的检测兼容。目前的大多数技术都需要平整、坚硬且通常很重的材料，这些材料无法在野外使用。这些新型设备可以在柔软、柔韧、轻便的材料上制造，比如纺织品和皮肤。
此外，相对于以前的技术(如高温和苛刻的化学处理)，它们的制造条件良好，而且不需要辅助材料，因此可以将敏感的生物分子用于传感器诊断测试。这些包括水质和/或战剂的环境观测，以及生理状态监测。
3D打印行业:如果将3D打印作为“芯片上的实验室”诊断工具，你的设备与我们之前看到的设备有何不同?
JU:自支撑微流体的几个特点使其在用于“芯片上的实验室”应用时优于以前的方法。传统的设备通常需要大块固化的聚合物来包裹微流体通道，这导致了体积庞大的外形因素。相比之下，我们的3D打印微流控传感器具有简洁的配置，由传感衬底和3D打印硅胶通道组成。
我们的设备也没有严格的洁净室制造要求，比如对设备的仔细校准，这通常需要更多的材料，同时提供有限的多路复用能力。与其他实验室芯片设备相比，我们制造方法的灵活性也使得集成3D结构、多路阵列和多种材料类型变得更加复杂。
3D打印行业:你们新的增材制造方法有什么独特之处?它的优点是什么?雷电竞充值
我们的方法能够根据目标表面的几何形状设计打印刀具路径，并直接将微流控网络“写入”到表面上。适形打印还可以在生物表面(如人类皮肤)上快速定制微流控设备。
之前的技术，如立体光刻(SLA)和喷墨打印，使用uv固化树脂来制造微流控芯片，在材料固化后通常是刚性的。通过打印一种高弹性材料，如室温硫化(RTV)硅酮，我们的方法创建了具有柔韧性和可拉伸性的微流体结构，断裂应变高达350%。
此外，由于这种结构是自支撑的，微流控装置可以直接对准并打印在功能化的传感阵列上，使传感元件免受污染。相比之下，用其他3D打印方法制作的微流控设备，通道通常会被残余树脂或支撑材料暂时填充，这将污染传感表面。
与其他微流控制造方法(如PDMS软光刻、塑料加工或注塑、纸张印刷)相比，快速成型技术的周转时间更短。这有助于更快地开发现实世界的产品和应用程序。
3D打印行业:你们开发的技术有什么潜力，尤其是在军事领域?
JU:环境和物理监测传感器具有更好的性能和更少的作战人员负担的能力，将为态势感知提供更多、更快的信息。例如，知道水源立即受到污染，而不需要在现场携带沉重、耗电的设备，同时获得快速响应，这是一个重大的潜在突破。
此外，监测士兵身体状态的能力可以让他们在需要的时候安全地离开战场，也可以让士兵不再负责判断。这项新技术推动我们朝着这些愿景前进。目前，对于这些需求，要么没有不切实际的技术，要么根本没有。
3D打印行业:是否有继续这一领域研究的计划?如果是，该技术如何进一步发展和增强?
目前在军事应用方面，已经有研究建议使用该技术对特定毒素、细菌和病毒进行生物检测。这将是模块化的，因为它可以在以后预先编程，并通过模式识别反应来检测不同的特定目标。
这种技术可以用来创造未来的“按需”传感器，所有组件都可以在现场快速打印，以应对特定环境的威胁。
研究人员的研究结果详细发表在题为《用于多功能微流体的3D打印自支撑弹性体结构该研究由苏瑞涛、温家轩、苏群、迈克尔·s·维德罗德、史蒂文·j·凯斯特、约书亚·r·乌扎尔斯基和迈克尔·c·麦卡尔平共同撰写。
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特色图像显示了一个研究人员的球形3D打印微流体设备。通过学院的照片。
