Với công nghệ in 3D trong sản xuất chip microfluidic cho thấy lợi thế của việc tạo mẫu nhanh và tạo hình cấu trúc phức tạp, nó đã truyền động lực phát triển mới cho các lĩnh vực y sinh học, phân tích hóa học và các lĩnh vực khácTuy nhiên, chi phí sản xuất cao và lãng phí nghiêm trọng vật liệu nhựa gây ra bởi quá trình in quang bảo dưỡng cũng dần trở thành nút thắt quan trọng hạn chế việc áp dụng quy mô và quảng bá công nghệ trong lĩnh vực nghiên cứu khoa học và công nghiệp. Dữ liệu cho thấy tỷ lệ nhựa còn lại có thể lên tới khoảng 90% sau khi hoàn thành một nhiệm vụ in duy nhất. Các monomer methyl acrylate chứa trong các chất cặn này không chỉ phức tạp trong các quy trình xử lý tiếp theo và tốn kém để xử lý, mà còn có thể tiềm ẩn rủi ro môi trường và các vấn đề khác.Gần đây, từÝĐại học CataniaNhóm nghiên cứuquahệ thốngThí nghiệm đã chứng minh,Nhựa quang học được xử lý tái sinh có thể được tái sử dụng hơn ba lần và các tính chất quang học của thiết bị điều khiển dòng chảy vi mô được thực hiện hầu như không bị suy giảm.Phát hiện đột phá này cung cấp hỗ trợ kỹ thuật quan trọng cho ngành in 3D để đạt được các Mục tiêu Phát triển Bền vững. Nghiên cứu được thực hiện vớiThiết bị Micro-optofluidic thông qua Micro-Stereolithography chiếu: Tác động của tái sử dụng nhựa đối với hiệu suất cảm biến quang học”Chủ đề được công bố trên tạp chí quốc tếTạp chí International Journal of Advanced Manufacturing Technology》Lên đi.
Nhóm nghiên cứu đã phát triển một bộ hoàn chỉnhCông nghệ tái chế nhựa，Bao gồm năm bước chính: tái chế nhựa, lọc sơ cấp (màn hình lưới kim loại 100-200μm), lọc thứ cấp (lọc chân không màng PTFE 0,45-1μm), trộn đều (3000rpm/5min) và lưu trữ tránh ánh sáng.Quá trình này có hiệu quả trong việc loại bỏ các tạp chất và một phần của các hạt bảo dưỡng từ nhựa còn lại, đảm bảo sự ổn định hóa học của nhựa tái chế.Hình 1. Micro‑optofluidic (MoF) để phát hiện luồng cắm phân đoạn khí lỏng）Cách thiết bị hoạt động.
Thí nghiệm sử dụng ba lô nhựa: nhựa hoàn toàn mới, nhựa tái chế sơ cấp và nhựa tái chế thứ cấp, được sử dụng để tạo ra ba thiết bị điều khiển dòng chảy vi mô giống hệt nhau. Các thiết bị microfluidic này được thiết kế đặc biệt để phát hiện quang học hấp thụ,Nhóm nghiên cứu đã áp dụng công nghệ in li-tô lập thể vi mô (PμSL) chiếu bề mặt chính xác của Morphore (nanoArch)®S140， Độ chính xác: 10μm) In hình một mảnhKhông cần lắp ráp thêm.
Hình 2. Thiết bị khung hữu cơ in 3D (MoF) (được dán nhãn Dev-1, Dev-2 và Dev-3 tương ứng) được sản xuất bằng công nghệ PµSL.
Thông qua phân tích Fourier Transform Infrared Decay Full Reflection Spectrum (FTIR-ATR), các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng chỉ có những thay đổi nhỏ trong cấu trúc hóa học của nhựa tái chế. Cường độ đỉnh hấp thụ giảm nhẹ ở 1635cm⁻ (rung kính thiên văn C=C) và 810cm⁻ (rung cong ngoài mặt C-H), cho thấy hàm lượng monomer methyl acrylate giảm nhẹ. Sự thay đổi này chủ yếu là do hiện tượng bảo dưỡng tối trong quá trình in và tiền trùng hợp do tán xạ ánh sáng vi lượng, cấu trúc hóa học tổng thể của nhựa vẫn ổn định.Hình 3. So sánh phổ FTIR được thu thập dọc theo phạm vi 1800-650 cm⁻trên bốn góc phần tư Qki khác nhau của các lô nhựa khác nhau: nhựa tươi được chữa khỏi bằng ánh sáng (Dev-1, đường cong màu xanh lam); Nhựa tái chế chính (Dev-2, đường cong màu xanh nhạt); Nhựa tái chế thứ cấp (Dev-3, đường cong màu vàng). Các đỉnh được xác định bằng 1 và 2 lần lượt là 1635 cm⁻và 810 cm⁻.Hiệu suất quang học là chỉ số cốt lõi của các thiết bị microfluidic. Nhóm nghiên cứu đo độ truyền ánh sáng của thiết bị ở bước sóng 589nm (dòng natri D) bằng máy quang phổ và tính toán chỉ số khúc xạ bằng cách sử dụng mô hình hồi quy chuyên dụng. Thí nghiệm thực hiện năm phép đo lặp lại trên bốn khu vực khác nhau của mỗi thiết bị để đảm bảo độ tin cậy của dữ liệu.Hình 4. Bố cục không gian của Qki góc phần tư nghiên cứu (i=1,..., 4) cho mỗi thiết bị điều khiển dòng chảy ánh sáng yếu k-th được xem xét (k=1,2,3).Kết quả cho thấy chỉ số khúc xạ của các thiết bị làm từ ba loại nhựa là 1,7044 (nhựa mới), 1,7043 (tái sinh chính) và 1,7042 (tái sinh thứ cấp), với sự khác biệt chỉ 0,012%. Phân tích phương sai hai yếu tố cho thấy cả số lần tái sử dụng nhựa và khu vực đo đều không ảnh hưởng đáng kể đến chỉ số khúc xạ (giá trị p>0,05).Hình 5. Lấy biểu đồ lưu lượng của nhựa in 3D ước tính giá trị chiết suất (Â).Hình 6. So sánh quang phổ truyền qua (n=1) thu được trên bốn góc phần tư khác nhau Qki: nhựa chữa ánh sáng tươi (Dev-1, đường cong màu xanh lam); Nhựa tái chế chính (Dev-2, đường cong màu xanh nhạt); Nhựa tái chế thứ cấp (Dev-3, đường cong màu vàng).Trong giai đoạn xác minh chức năng, các nhà nghiên cứuNhân viênNền tảng phát hiện dòng chảy giống như bom khí-nước đã được xây dựng để đánh giá hiệu suất của thiết bị thông qua hệ thống phương pháp Thiết kế Thử nghiệm (DoE). Các thí nghiệm đã kiểm tra tác động của ba yếu tố: công suất laser (1mW và 5mW), tốc độ dòng chảy (0,1-0,3mL/phút) và loại nhựa đối với khả năng phát hiện quang học.Kết quả cho thấy tất cả các thiết bị có thể phân biệt rõ ràng giữa pha khí và pha lỏng trong dòng giống như quả đạn, và dạng sóng tín hiệu duy trì dấu hiệu Squarport ổn định. Phân tích thống kê xác nhận rằng không có sự khác biệt đáng kể về hiệu suất phát hiện của các thiết bị lô nhựa khác nhau, chứng minh rằng nhựa tái chế đáp ứng nhu cầu chức năng của các thiết bị điều khiển dòng chảy vi mô.Hình 7. Biểu đồ hiệu ứng ba chiều của khối lượng phản ứng được nghiên cứu Â, chiều cao cột đại diện cho giá trị trung bình của khối lượng phản ứng trong từng kịch bản nghiên cứu và các dấu tròn đại diện cho các quan sát được thu thập riêng lẻ.Kết luận: Nghiên cứu này chứng minh tính khả thi của việc tái chế nhựa chữa quang trong sản xuất thiết bị điều khiển dòng chảy ánh sáng yếu.Thông qua thiết kế thử nghiệm nghiêm ngặt và đánh giá hiệu suất của hệ thống, các nhà nghiên cứu xác nhậnTính chất quang học của nhựa vẫn ổn định ngay cả sau hai lần tái chếKhả năng kiểm tra quang học của linh kiện không bị ảnh hưởng. Kết quả này không chỉ cung cấp các giải pháp bền vững cho ngành công nghiệp in 3D mà còn cho công nghệ vi lưu thông trong nghiên cứu y sinh và chẩn đoán lâm sàng.Ứng dụng rộng rãiMở đường. Thực hành sáng tạo để giảm chi phí và tác động môi trường trên tiền đề đảm bảo hiệu suất giải thích sự kết hợp giữa sản xuất xanh và kỹ thuật chính xác.
