微流控應(yīng)用的印刷電子

據(jù)麥姆斯咨詢介紹，能夠精確沉積微小液滴的系統(tǒng)可用于將金屬、有機電子、石墨烯納米結(jié)構(gòu)等材料印刷到各種基底上。美國SonoPlot公司是柔性印刷電子行業(yè)知名的微納米材料沉積噴墨打印系統(tǒng)開發(fā)商，其開發(fā)的Microplotters系統(tǒng)為下一代柔性電子產(chǎn)品（包括電極陣列、微流控應(yīng)用、傳感器和石墨烯電子器件等）的快速原型制作提供了一種獨特制造方案。

從生物電子到石墨烯器件，越來越多新興的柔性電子應(yīng)用都要求能夠?qū)?dǎo)電、介電和半導(dǎo)體材料精確沉積到各種柔性基底上。對于這些應(yīng)用，與接觸印刷相比，非接觸印刷制造通?？梢蕴峁└偷某杀竞筒牧蠐p耗。不過，廣泛應(yīng)用的絲網(wǎng)印刷和噴墨印刷方案在均勻性和圖案分辨率方面通常表現(xiàn)不佳。

SonoPlot公司開發(fā)的Microplotters系統(tǒng)提供了一種替代制造方案。Microplotters臺式系統(tǒng)采用獨特的超聲波諧振釋放機制，可以沉積皮升量級的各種油墨，包括金屬納米顆粒、導(dǎo)電聚合物、石墨烯納米結(jié)構(gòu)等很多材料的懸浮液。這種獨特印刷技術(shù)的特征尺寸可以覆蓋5~200 μm，結(jié)合高精度定位系統(tǒng)，沉積特征不均勻度低至10%。與絲網(wǎng)印刷和噴墨技術(shù)相比，Microplotters在精度、靈活性和成本方面具有顯著優(yōu)勢。

微流控應(yīng)用的印刷電子

微流控已成為操縱小體積液體的成熟技術(shù)。20世紀初，微尺度液體流動的基本問題得到了很好的解決，現(xiàn)代微流控技術(shù)研究的重點是開發(fā)包含多種流體、機械和/或電子元件的“集成”器件。

這類器件能夠?qū)⒎块g大小的實驗室功能整合到一顆僅芯片大小的微流控器件中。這些器件通常被稱為“芯片實驗室”或微型全分析系統(tǒng)，具有廣泛的應(yīng)用前景，包括生物和化學(xué)分析以及即時醫(yī)療診斷等。

然而，電子技術(shù)和微流體技術(shù)的整合并沒有那么簡單。微流控器件通常由非常適合構(gòu)建微流控通道的彈性材料（如塑料和硅橡膠）制成，能夠用于開發(fā)柔性生物相容性器件。

而另一方面，電子元件的主要制造材料通常是剛性的。傳統(tǒng)的半導(dǎo)體、絕緣體和金屬導(dǎo)體在機械上并不匹配采用柔性、變形性材料的微流控器件。這限制了集成電子/微流控器件的機械變形性和可靠性。

為了解決這類問題，業(yè)界開發(fā)了共軛聚合物（CP）和有機場效應(yīng)晶體管（OFET）等很多柔性聚合物基電子材料應(yīng)用于微流控器件。這類材料與微流控基材的機械兼容性更強，還可以兼容非接觸印刷技術(shù)。

Microplotters系統(tǒng)是制造集成電子/微流控器件的理想方案，具有所需要的精度和均勻性，并兼容非常廣泛的材料，包括用于聚合物電子的各種材料。Microplotters提供了標(biāo)準噴墨打印機無法比擬的性能：能夠在沉積過程中對聚合物薄膜進行原位修飾，可以打印真正連續(xù)的線條（與噴墨打印機不同，噴墨打印機需要多個液滴合并）。

印刷微電極陣列

微電極陣列（MEA）是一種包含數(shù)十到數(shù)千個微電極的小型器件。MEA的高電極密度使其適用于各種生物電子學(xué)應(yīng)用，特別是可以在體外讀取和/或刺激神經(jīng)元的神經(jīng)植入物。此類器件最有前景的應(yīng)用可能是幫助恢復(fù)生物功能的生物醫(yī)學(xué)植入物。2016年，曾有實驗利用這類器件成功緩解了脊柱損傷靈長類動物的步態(tài)缺陷。

不過，此前的大部分MEA器件研究通?；诠杌蚓酆衔锊牧?，這些材料的生物相容性較差，它們的物理和機械特性可能導(dǎo)致神經(jīng)元的炎癥反應(yīng)或功能喪失。為了解決這個問題，最近很多研究集中在具有更高生物相容性的柔性MEA方向。

通過將碳電極沉積在聚二甲基硅氧烷（PDMS）和水凝膠上，噴墨印刷已成功用于生物電子MEA接口的開發(fā)。然而，噴墨印刷技術(shù)通常需要較高的操作成本，才能達到此類應(yīng)用所需要的均勻性和精確度。SonoPlot公司的Microplotters系統(tǒng)能夠以更低的成本提供更高的性能，這使得它們成為制造柔性MEA和其他生物醫(yī)學(xué)器件的理想候選技術(shù)。并且，Microplotters系統(tǒng)可以打印標(biāo)準噴墨印刷使用的所有油墨，以及其它各種油墨。

用石墨烯印刷下一代電子器件

美國密歇根州立大學(xué)（Michigan State University）的研究人員通過使用Microplotters系統(tǒng)成功打印了基于石墨烯的集成電路和薄膜晶體管，展示了該系統(tǒng)在可打印柔性電子領(lǐng)域的能力。其研究小組使用SonoPlot公司的Microplotters系統(tǒng)將碳納米管懸浮液滴沉積在了PDMS基底上。

該方案為利用超聲波沉積技術(shù)生產(chǎn)下一代石墨烯基柔性電子器件奠定了基礎(chǔ)。SonoPlot的Microplotters系統(tǒng)可以打印0~450厘泊的油墨和粒徑從納米級到15微米的懸浮液。這使其適用于有機納米顆粒油墨、聚合物以及石墨烯納米結(jié)構(gòu)的印刷制造。

SonoPlot目前提供兩款Microplotters系統(tǒng)：入門級的Microplotters Proto和超精密的Microplotters II。這兩款系統(tǒng)旨在為微陣列和聚合物電子市場提供更高的打印精度和靈活性。

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