在被動微流控方法中，慣性微流控因具有簡單、易于制造和高通量的特性而被認為是一種良好的過濾和分離方法。雖然大多數微流控系統(tǒng)在低雷諾數（斯托克斯流動狀態(tài)）下運行，但是慣性微流控系統(tǒng)是在中間雷諾數（Re）范圍內運行，其流體狀態(tài)介于斯托克斯流動和湍流狀態(tài)之間，從而顯著提高了通量。慣性微流控聚焦的機理取決于慣性升力和粘性阻力之間的平衡。先前的研究證明，堵塞比（顆粒直徑與通道水力直徑之比）必須超過0.07的閾值才能使顆粒有效聚焦。隨著堵塞比的減小，顆粒聚焦效果將變差。

因此，通道尺寸的精度對實現有效的顆粒聚焦起著至關重要的作用。在過去的幾年里，人們提出了新的微流控通道結構來提高顆粒操縱效率。然而，這些非常規(guī)微流控結構的制造仍然是一個嚴峻的挑戰(zhàn)。此外，盡管研究人員已經推動微制造技術走向前沿，但用于慣性微流控器件的微制造技術還沒有得到全面的論述。

據麥姆斯咨詢報道，為了彌補以上空白，近期，來自伊朗馬什哈德菲爾多西大學（Ferdowsi University of Mashhad）和澳大利亞麥考瑞大學（Macquarie University）的研究人員在Biomicrofluidics期刊上合作發(fā)表了題為“A review on inertial microfluidic fabricationmethods”的綜述文章，介紹了用于構建慣性微流控通道的微制造方法，并對這些方法的優(yōu)缺點進行了討論。隨后，根據包括分辨率、結構、成本和材料在內的不同標準，研究人員對以上用于慣性微流控器件的微制造方法進行了比較。最后，該綜述對慣性微流控器件的發(fā)展前景及其創(chuàng)新進行了展望。

圖1 慣性微流控器件的微制造方法發(fā)展歷程

用于構建慣性微流控器件的微制造技術通常包括光刻、微線埋入、刻蝕、微加工、激光切割、3D打印、熱壓印、xurography（一種數字制造方法）、注塑成型。

總體而言，雖然光刻和刻蝕可以制造分辨率為幾微米的2D結構，但是這兩種方法都需要復雜的設備和潔凈室設施，這增加了最終的生產成本。此外，光刻只能得到正交特征。然而，對于需要尺寸在幾微米范圍內的通道的基于尺寸的分選應用而言，與其它制造方法相比，這兩種方法仍然具有優(yōu)越性。

圖2 利用光刻法制造掩模的示意圖

相比之下，xurography、微線埋入和熱壓印技術具有成本效益，但是這些方法分辨率較低，無法建立尺寸在幾微米范圍內的通道。對于制造具有圓形截面的微通道而言，微線埋入是一種成本低、操作簡單的方法。然而，由于該技術的局限性，它只適用于直線和3D螺旋微通道的制造。對于平面結構的批量生產，熱壓印和注塑成型是最好的選擇。

圖3 （a）xurography技術示意圖；（b）微加工技術示意圖；（c）基于注塑成型的多層螺旋微流控器件示意圖；（d）熱壓印技術示意圖；（e）模具制造示意圖；（f）微線埋入技術示意圖

飛秒激光燒蝕、微加工和3D打印是制造復雜非平面結構的理想選擇。飛秒激光燒蝕方法便于在玻璃內部制造矩形3D結構，而不需要鍵合。對于更復雜的結構，微加工和3D打印引起了極大的關注。雖然微加工技術只能用于構建母模，但3D打印可以同時用于構建母模和具有非常規(guī)結構的微型器件。

圖4 （a）二氧化碳（CO?）和紫外（UV）激光燒蝕技術示意圖；（b）飛秒激光燒蝕技術示意圖；（c）最終制造的微通道和母模光學圖像；（d）利用CO?激光燒蝕技術制造的三角形、梯形和高縱橫比矩形截面的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像；（e）利用飛秒激光燒蝕技術制造的3D慣性微流控通道示意圖

圖5 （a）立體光固化成型（SLA）3D打印技術示意圖；（b）數字光處理（DLP）3D打印技術示意圖；（c）利用SLA 3D打印技術制造的3D螺旋微通道光學圖像和利用SLA/DLP 3D打印技術制造的微通道橫截面圖；（d）熔融沉積成型（FDM）3D打印技術示意圖；（e）多射流（MJ）3D打印技術示意圖；（f）利用MJ 3D打印技術制造的微通道圖像及其橫截面

對于工業(yè)制造而言，利用注塑成型技術能夠以很高的精準度快速地生產大量具有良好一致性的零件，并且該技術適用于各種材料。然而，該技術也有缺點，例如高昂的模具生產成本，有限的設計靈活性，以及最終所獲得零件的表面缺陷性。

綜上所述，在所有慣性微流控器件的微制造技術中，3D打印是制造復雜母模和微通道的一種經濟且快速的方法。3D打印的主要優(yōu)點是能夠制造具有任意橫截面的非常規(guī)結構。然而，每一種制造技術都有自己的優(yōu)點和缺點，技術的選擇最終應取決于諸如期望的生產量、器件的復雜性、材料特性和成本等多重因素。

審核編輯：劉清