基於邏輯門的微流控系統設計與3D列印製造基礎研究

《基於邏輯門的微流控系統設計與3D列印製造基礎研究》是依託廈門大學，由孫道恆擔任項目負責人的聯合基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於邏輯門的微流控系統設計與3D列印製造基礎研究
• 項目類別：聯合基金項目
• 項目負責人：孫道恆
• 依託單位：廈門大學

項目摘要

針對微流控系統的多樣化、規模化、集成化需求特徵，圍繞微尺度三維可動結構、三維流道網路、多樣化/多尺度功能結構等的設計與製造、及複雜系統的構造與控制等關鍵問題，協同開展微流體行為—設計製造—典型器件基礎研究。研究3D列印製造的基本元件（微流體電容/二極體/場效應管等）、三維互聯流道網路中的微流體界面、輸運行為，揭示基本元件與流道的構型、表面等對流體行為的作用規律，建立元件級設計理論與方法及元件庫。研究光—熱—力—流作用下的微結構3D列印成型、成性規律，掌握致動薄膜—微腔、流道網路製造工藝控制方法；研究電紡噴印行為，突破功能結構的集成製造。研究基本元件級聯效應、邏輯門構造原理，建立控制邏輯和算法；研究微流控系統的能量、流阻、動力學回響，開發系統設計與仿真環境，構建規模化、集成化微流控系統體系結構設計理論與方法。開發藥物篩選微流控系統，驗證評測。為微流控系統的產業化製造及套用奠定理論和技術基礎。

結題摘要

項目圍繞微尺度三維可動結構、三維流道網路、跨尺度功能結構等的設計與製造，開展了微流控系統設計與3D列印製造共性基礎和關鍵技術研究。探明了3D列印複雜體系結構中的微流體行為規律、液滴/纖維噴印行為規律，掌握了面向流控、功能結構靜電噴印相關規律與工藝調控方法；實現了宏量納米纖維疊層沉積、電/流場輔助定位沉積；針對高粘度流體的微量輸運需求，提出並系統研究了微尺度韋森堡效應，實現了皮升級高粘度流體的連續、穩定、高動態輸運以及變線寬結構直寫噴印，實現了由石墨到石墨烯器件、具有壓電效應PVDF器件的一步化製作、以及液態金屬等功能結構的噴印製造；針對複雜微流體系統的構造、控制等關鍵問題，提出了基於能量最小化、電路類比原理的微流控系統設計方法，開發了微流控系統可視化設計平台；設計製造了基於可動膜—腔結構的布爾邏輯運算最基本元件——微閥，組建了觸發器、加法器等控制組件及最小控制系統；開展了三類典型套用器件的研究：藥物混合篩選器、微流控檢測系統（如納米纖維基Fe3+檢測晶片等）、柔性機電系統（如PVDF能量收集鞋墊、電子皮膚壓力感測器、滲透驅動軟體機器人等）。自主研製了兩台混合增材工藝（以電液耦合噴印（EHD）為主，曝光為輔）的多材料、多維度、跨尺度3D列印設備原理樣機，推進了電紡3D列印核心技術的產業化進程。項目已發表期刊論文39篇（其中含Nano Today、Nanoscale等高水平SCI一、二區文章21篇），會議論文10篇，申請發明專利36件（其中授權發明專利13件），達成了項目的預期目標。