世艾：Rayshape3D打印精密零部件助力微流體核酸檢測儀研發(fā)

來源：Rayshape

上海世艾生物科技有限公司（以下簡稱“世艾”）是生物檢測領(lǐng)域的創(chuàng)業(yè)型公司，公司致力于研發(fā)領(lǐng)先的并且具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高端生命科學(xué)檢測產(chǎn)品?，F(xiàn)在，世艾正運(yùn)用3D打印技術(shù)，實(shí)現(xiàn)微流體相關(guān)的高端生命科學(xué)檢測產(chǎn)品研發(fā)，而便攜式核酸檢測儀就是研發(fā)的重中之重。

△世艾前臺門頭

疫情之下，核酸檢測儀催生微流體技術(shù)的研發(fā)
全球新冠疫情的突然而至和令人震驚的上升突顯了快速的疾病檢測的重要性。測試疾病的能力不僅可以更好地控制疾病以防止進(jìn)一步擴(kuò)散，還可以使流行病學(xué)家收集更多信息，以更好地理解原本看不見的神秘威脅。從揭示的傳播途徑到增加的感染率，全球范圍內(nèi)已經(jīng)意識到檢測傳染病的重要性。而世艾正是因此萌生了制作便攜式核酸檢測儀的初衷。

常態(tài)化疫情防控下的檢測痛點(diǎn)
現(xiàn)有的核酸檢測儀大多龐大笨重，需要在特定的場合、地點(diǎn)來完成檢測試驗(yàn)，位移難度較大。正是基于此，世艾創(chuàng)新性研發(fā)了可以靈活布局的便攜式核酸檢測儀，期許讓檢測不局限于特定的時間地點(diǎn)，可以隨時隨地靈活完成。

△世艾研制的大而笨重的初代核酸檢測儀

世艾的萬老師介紹道，世艾研發(fā)的便攜式核酸檢測儀，其中的核心技術(shù)就是“微流體”?！拔⒘黧w技術(shù)是研究可以通過使用微小尺寸的微小通道（通常為幾十到幾百微米）來處理少量流體的技術(shù)。雖然這項(xiàng)技術(shù)還處于發(fā)展階段，但是微流體技術(shù)正迅速成為一項(xiàng)突破性技術(shù)，可應(yīng)用于從生物學(xué)、化學(xué)到信息技術(shù)和光學(xué)等各個領(lǐng)域?！?br />

△世艾研制的便攜式核酸檢測儀

要將已有的檢測設(shè)備便攜化，更要實(shí)現(xiàn)滿足微流體檢測設(shè)備的諸多要求，則不得不談對精密零部件的制造，而世艾也因此走了不少彎路。

制造精密部件的不同嘗試均不甚滿意
早期，世艾采用的是CNC加工制造零部件，但由于涉及到微孔加工，價格高不說，精度準(zhǔn)度也打上了問號。“由于便攜式核酸檢測儀是以前沒有過的項(xiàng)目，所以零部件很可能需要多次更新迭代，而用CNC加工的方式，必須做到一次成型，這意味著很難反復(fù)修改。長此以往，研發(fā)周期過長，還不一定能有滿意的效果?！比f老師如是表示。

△紅框內(nèi)箭頭所指物體為需要3D打印的連接器

隨后，世艾還采購了FDM的設(shè)備，該設(shè)備打印儀器外殼還好，但是，在打印精密零部件的尺寸精度方面卻捉襟見肘。而針對手頭的預(yù)算，世艾亦無法采購價格超百萬的“微納”3D打印機(jī)，于是經(jīng)過多方探尋比較，世艾最終選定了Rayshape的設(shè)備。

微流體技術(shù)與Rayshape 3D打印的融合滿足儀器迭代設(shè)計(jì)
“我們現(xiàn)在研制的檢測儀連接器的孔徑是360微米，這是用Rayshape定制的FG 1- 32.5μm（FG 1后續(xù)升級為P200系列）的3D打印機(jī)所打印出來的，效果比我們想象的要好很多?！?br />

△黑色大機(jī)體為世艾采購的Rayshape定制設(shè)備實(shí)拍

Rayshape可以根據(jù)需求定制小光斑尺寸的設(shè)備機(jī)型，此外，Rayshape的高性能材料作為輔助，兼具精度、強(qiáng)度與韌性，足以實(shí)現(xiàn)高精細(xì)微小的打印需求。

△Rayshape 3D打印的高精度催化劑載體

“Rayshape提供的解決方案，與傳統(tǒng)研發(fā)相比，不僅降低了成本，更節(jié)約了研發(fā)迭代的時間?！比f老師表示，微流體技術(shù)非常有用，因?yàn)樗试S將生化應(yīng)用從實(shí)驗(yàn)室龐大設(shè)置縮減到便攜式格式。而Rayshape的3D打印可以創(chuàng)造出新一代智能、響應(yīng)靈敏的自主設(shè)備，能夠以復(fù)雜的方式對環(huán)境進(jìn)行感知和采取行動，并減少人為干預(yù)。

△3D打印的芯片槽

當(dāng)用于創(chuàng)建具有功能操作的芯片時，Rayshape 3D打印優(yōu)于傳統(tǒng)制造方法的好處變得明顯：“直接打印原件的做法對于原件設(shè)計(jì)具有前所未有的優(yōu)勢，由于Rayshape 3D打印允許對各種設(shè)計(jì)進(jìn)行快速測試、適配和快速原型制作，因此加快了設(shè)備開發(fā)的進(jìn)程?！?br />
打印微流體零部件的成本核算
微流體連接器零部件在世艾沒有采購3D打印機(jī)之前是使用外發(fā)CNC加工的，因?yàn)榭讖郊?xì)，樣件小，對微孔加工的要求就很高。

△CNC加工的零件與3D打印的零件對比

△3D打印樣件對比1元錢硬幣

這就導(dǎo)致了單個連接器的成本在上百元之多，大大超出了預(yù)算。為此，使用Rayshape 3D打印在精度零件方面的作用就變得非常有價值：

• 單個成本效用價值明顯
• 打印多個的小批量生產(chǎn)與打印單個所耗費(fèi)的成本時間相同
• 無需一次一體成型，方便研發(fā)迭代
• 研發(fā)周期大幅縮短
  

△成本對比

而一臺便攜式設(shè)備儀器上擁有至少8個連接器，折算下來一臺設(shè)備節(jié)省了將近1000元，在研發(fā)時間上也能縮短一周左右的時間。這些客觀的數(shù)據(jù)都足以證明，世艾使用Rayshape的3D打印設(shè)備，其研發(fā)成本和周期大幅度縮減，使得產(chǎn)品迭代變得快速，研發(fā)人員的效率有了穩(wěn)步提升。

P200系列的特性
不單單是世艾采購的這款Rayshape設(shè)備，整個P200系列在保證高精度的前提下，均提供了一定的定制化性能——支持光斑尺寸定制服務(wù)。其光斑尺寸可在 32.5  μm 至 65 μm 之間定制，用于超高打印精度，可輕易實(shí)現(xiàn)100μm級別的細(xì)節(jié)再現(xiàn)。

△Rayshape 3D打印在顯微鏡下的效果

不僅如此，P200 系列采用進(jìn)口工業(yè)級 DLP 光機(jī)，畸變極小，光均勻度高，光衰極低，且可承受 7*24小時的生產(chǎn)級使用強(qiáng)度，可滿足批量化生產(chǎn)的需求。

高性能專用光敏樹脂，結(jié)合超小光斑的定制 DLP 光機(jī)，使P200 系列 DLP 3D 打印機(jī)適合用于高性能精密器件的直接制造。此外，P200 系列的成型倉內(nèi)置大功率熱風(fēng)加熱系統(tǒng)，可以在 10 分鐘內(nèi)將成型倉的溫度加熱至 60℃。

△Rayshape P200系列設(shè)備

縱觀P200的打印特性，這些均可為醫(yī)療器械、精密電子、科研院所等行業(yè)與企業(yè)帶來全新機(jī)遇。

3D打印搭載微流體在醫(yī)療產(chǎn)品便攜化、智能穿戴化方面的市場機(jī)遇
3D打印技術(shù)在微流體領(lǐng)域的現(xiàn)在和未來影響是不可忽視的。由于承接了3D打印的固有特征，微流體設(shè)備的開發(fā)就已經(jīng)變得無限，涉及諸如體系結(jié)構(gòu)、尺寸和生產(chǎn)設(shè)備的數(shù)量等因素。所有這一切目前都可以通過3D打印及其高度自動化的制造工藝實(shí)現(xiàn)，這種工藝可以實(shí)現(xiàn)同樣無限的再現(xiàn)性和可定制性。

現(xiàn)如今，傳統(tǒng)醫(yī)療器械行業(yè)紛紛借助移動互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展將智能化設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)緊密結(jié)合，正在實(shí)現(xiàn)智能化醫(yī)療服務(wù)，逐步減輕掛號難、看病難等諸多醫(yī)療問題。而且隨著5G網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的不斷完善，移動互聯(lián)網(wǎng)的各方面功能也會越來越成熟。相信隨著社會的不斷進(jìn)步，醫(yī)療器械行業(yè)向便攜化、智能化發(fā)展是趨勢，而實(shí)現(xiàn)這一路徑的關(guān)鍵便是精細(xì)化3D打印。

“可以說Rayshape為疫情防控是做出了重要貢獻(xiàn)的?！比f老師表示，未來，世艾希望與Rayshape展開更加深度的合作，共同研發(fā)更高精細(xì)度的3D打印機(jī)用于高端生命科學(xué)相關(guān)的檢測產(chǎn)品，從而適配更加精密的打印需求，為推動3D技術(shù)普惠以及流行病的防控檢測盡一份力。