微流控芯片的高自由度加工技术：无掩模版光刻& 高精度DLP 3D打印

微流控芯片的高自由度加工技术：无掩模版光刻& 高精度DLP 3D打印

微流控芯片能够在微尺度空间内实现对流体的精确操控，已被广泛应用于精（准）医疗、即时检测、药物筛选及科学研究。视具体的应用不同，芯片在材料（PDMS、PMMA、玻璃等）、尺寸（毫米到微米）以及结构（单平面到多层立体网络）上存在巨大差异。

传统的加工路线——光刻制模依赖实体掩模版，设计修改必须重新制版，周期长、成本高；精密机械加工（CNC）在基材上直接成形模具，但受限于刀具几何与可达性，难以成形复杂三维内腔，且高度依赖外协，一次迭代动辄以周计。此外还有面向批量生产的注塑、热压等以模具为核心的复制工艺，这些传统加工技术路线对新设计、小批量、快速试错的研究场景都显得“并不友好”。

面对快速迭代的研发需求以及复杂三维结构的制造挑战，无掩模版紫外光刻（高效制备母模）与高精度DLP3D打印（复杂三维结构一体成型）技术展现出了不可替代的工程价值，正逐渐被越来越多制造商采用。接下来，我们将重点探讨这两条高精度路线。

无掩模版紫外光刻：高效制备母模

无掩模版紫外光刻技术通过数字微镜阵列（DMD）将计算机中的图形数据直接投影至光刻胶表面，省去了制版环节，设计在软件中修改完毕即可曝光。在加工能力方面，无掩膜紫外光刻的特征尺寸和套刻精度均可达亚微米量级，这些特性使其既适合科研阶段的高频迭代，也适合小批量、多品种的生产制造。

使用无掩模版紫外光刻机UV Litho - ACA快速加工的微流控芯片模具

另外，微流控芯片中许多核心功能结构，如高通量细胞筛选的捕获腔、微量试剂的精（准）存储与传输通道等，都对结构的深宽比和侧壁品质提出了极为苛刻的要求。

为此，针对生命科学场景的特定需求，我司推出了无掩模版紫外光刻机UV Litho BIO机型。该机型凭借其高准直性光学系统配合SU-8超厚胶的工艺，可支持600μm厚胶光刻，实现高达10:1深宽比结构的加工，侧壁陡直度近乎垂直，线条轮廓清晰锐利。

使用无掩模版紫外光刻机UV Litho–Bio加工的微流控结构

尽管如此，由于流道高度被胶层厚度决定，再面对更复杂的三维微流控结构时，仅凭光刻路线是无法满足加工需求的。要突破这一局限，需要真正的一体成型能力——这正是高精度DLP3D打印的切入点。

高精度DLP 3D打印：复杂三维结构一体成型

DLP3D打印技术使用数字微镜器件（DMD）动态生成曝光图形，对光敏树脂进行逐层选择性曝光固化，在三维空间内构建复杂三维结构的加工方式。作为一种增材制造手段，一体成型和极高自由度无疑是其最大的特点。

在微流控芯片应用场景中，面对复杂的微流控结构（诸如跨层互联、螺旋或拓扑结构、仿生血管结构等），该技术均可一次成型，内嵌的管道网络可完全包埋于打印体内部，无需翻模与键合。使用生物相容性树脂作为打印材料，打印的芯片可以直接应用于细胞培养环节。这将使模型转变为实物的过程最快可以压缩至数小时。

使用高精度3D光刻设备打印的内嵌微流道芯片和仿生血管微流道

除此之外，高精度DLP 3D打印技术还可以快速制备微流控芯片的模具，从数字模型到原型模具，该技术最快仅需数小时。同时，该技术在流道结构上给了更多的想象空间——圆弧形流道、多高度台阶等非平面结构可直接作为母模成形。

使用高精度3D光刻设备打印的微流控芯片母版和PDMS翻模后的样品

当目标打印件上同时包含大尺寸与微小尺寸特征时，传统的单台设备往往难以兼顾。面对跨尺度加工难题，托托科技的织雀®系列高精度3D光刻设备给出了“多镜头系统+驳接打印技术”的双重解法。

一方面，通过大视场镜头与高倍镜头的自由切换，精（准）匹配不同尺寸结构的加工需求；另一方面，借助驳接打印技术，在已加工的大尺寸结构上直接进行微小细节的拼接打印。两者配合，使复杂的跨尺度微结构在同一加工任务中一次完成，大幅提升加工自由度与效率。

加工之后的结构验证

无论加工方式是通过光刻还是3D打印，或是CNC、注塑、热压等形式加工，完成之后都需要验证同一个问题：实际形貌与设计图纸之间是否存在误差。

此时，光学轮廓仪在这道工序中承担的是非接触式的三维形貌复核：验证微通道的深度与线宽是否落在设计窗口内，侧壁垂直度是否足以维持预期的流阻，以及底部与内壁的粗糙度是否会影响流体行为。

上期已对光学轮廓仪的具体测量能力做了详细讲解，感兴趣的朋友可查阅《微流控芯片良率提升的关键一环：三大核心检测场景解析》。

微流控芯片的研发迭代，既需要前端加工的高自由度，也离不开后端验证的可靠性。无掩模版紫外光刻适合高效制备高精度母模，高精度DLP 3D打印擅长复杂三维结构的一体成型；而光学轮廓仪等检测手段，则帮助把“设计意图”落实到“可复现的结构质量”上。由此，从设计、加工到验证，才能形成更完整的闭环。

如果您对微流控芯片加工或检测设备及方案感兴趣，欢迎联系我们。

原创作者：托托科技（苏州）有限公司