材料(liao)沉積噴墨(mo)打(da)印及(ji)
塗(tu)層係(xi)統解(jie)決(jue)方(fang)案(an)
從(cong)噴頭(tou)到(dao)設(she)備(bei)，我(wo)們提供(gong)多種選(xuan)擇；從科研到產(chan)業，我們(men)展(zhan)示多種可能。
Inkjet、EHD、Ultra-sonic等多(duo)種(zhong)微(wei)流(liu)體(ti)控(kong)製技術(shu)相關(guan)文件、視頻(pin)資料。
> 應用領域
在顆(ke)粒技術和粉(fen)末製造領域，需要生產具有均勻特性的顆粒，以(yi)達(da)到嚴(yan)格的產品質量。目(mu)前(qian)的霧(wu)器可(ke)以產生各(ge)種形(xing)狀(zhuang)的噴霧，但(dan)是高氣體流量(liang)和進(jin)料流量以及不同(tong)的噴霧方式會導致(zhi)噴霧空(kong)氣混(hun)合複雜(za)、霧滴(di)軌(gui)跡複雜，進而導致霧滴和霧滴壁碰撞(zhuang)、壁沉積、汙(wu)垢(gou)、腐蝕、有害團(tuan)聚、大粒(li)徑(jing)分布(bu)，最(zui)終(zhong)形成(cheng)不均(jun)勻的產物。近(jin)年來，所有以粉末(mo)形式(shi)生產的材料都(dou)不斷(duan)要(yao)求新的粒子特性，以改善有(you)效(xiao)密度、壓實(shi)性(xing)、連接、分布和定(ding)向(xiang)性，以形成獨特的基體材料。此(ci)外，生物和製(zhi)藥對(dui)高球形顆粒提出了(le)新的要求。如，球形顆粒提供了一種有用和實用的手段，通過提供足(zu)夠(gou)濃(nong)度(du)的藥物直接作(zuo)用(yong)於靶(ba)點(dian)，以在預(yu)期的幾天(tian)到幾個月的時(shi)間(jian)內實現(xian)適(shi)當的藥物釋放(fang)，使(shi)藥物的藥效 大化，因(yin)此，特(te)別適合於化療藥物和結核(he)病藥物的膠(jiao)體藥物遞送(song)。此(ci)外，在許(xu)多生物、農(nong)業和藥物測試(shi)研(yan)究中(zhong)，會涉及對細胞結構(gou)和功能(neng)的理(li)解，而其數據(ju)/信(xin)號的靈敏(min)度和重(zhong)現性與(yu)樣品粒子的均勻性有直(zhi)接關係。噴印技術，是一種快速、可靠、無(wu)溶劑的工(gong)藝，具(ju)有產生單分散液滴的顯著(zhu)優勢，可準確控製液(ye)滴特性，因(yin)此可用於微粒印刷的產生。 MicroFab公(gong)司生產的MJ-AT-01擠(ji)壓式壓電(dian)打印頭，噴頭噴嘴孔徑為(wei)30μm，可用於(yu)微粒的產生。如，采(cai)用納米銀懸浮液和金(jin)屬(shu)有機硝酸(suan)銀(yin)溶液（AgNO3）進行(xing)研究，發現噴墨油滴的尺寸(cun)將(jiang)決定最後的線寬(kuan)，在噴墨打印過(guo)程(cheng)中，懸浮顆粒的存在會增大(da)墨滴在基材上的直徑。進一步采用更(geng)高的驅(qu)動脈(mai)衝，可明(ming)顯(xian)提(ti)高噴墨打印導電線(xian)的成形性。然(ran)而，更大的線寬引入會(hui)導(dao)致較(jiao)高的熔滴重疊與較低(di)的驅動(dong)脈衝相(xiang)結(jie)合，引起(qi)脹形現象(xiang)，使直線度變差。 MicroFab公(gong)司生產的噴墨裝置（MJ-SF-80）也可用於製造具有不同形態和表麵特征(zheng)的顆粒。該(gai)設備長34mm，直徑12mm，孔(kong)板直徑80μm，噴墨裝置由(you)一個環(huan)形壓電換(huan)能器連接(jie)到一個(ge)玻璃毛細管組(zu)成玻(bo)璃毛細管一端連接到進料容器，而另(ling)一端具有用於噴射液體的孔板(ban)。通過對壓電換能器施加電壓，換能器產生了封閉(bi)在玻璃毛細管內(nei)流體的體積變化，進而產生壓力波，壓力波通過液柱向噴嘴方向傳播(bo)，孔口(kou)處流體柱(zhu)橫(heng)截(jie)麵的驟變(bian)會誘發液滴的形成。由於噴墨微點膠是(shi)數(shu)據驅動的、非(fei)接觸式的，因(yin)此能夠以高速率在非平麵表麵上準確沉積皮升體積。由於是數據驅動的，使用靈(ling)活(huo)，可應用到生產線進行自(zi)動化(hua)操作。此(ci)外，不需(xu)要特定應(ying)用的工具，如(ru)光(guang)罩(zhao)或屏幕；作為一種添加劑工藝(yi)，沒有化學廢(fei)物，屬於環境友好型(xing)。
使用MicroFab Inkjet技術噴墨打印的大鼠(shu)視網(wang)膜(mo)細胞，這些細胞不僅存活下(xia)來(lai)，而且(qie)還(hai)保(bao)留了生長(zhang)發育的能力。（劍橋(qiao)大學(xue)，2013）
細胞，作為生物結構和功能的基本單位，研究其(qi)相關生物行為及其規律與本質，對於探(tan)索疾病(bing)的機(ji)理與治療手段(duan)，有著巨(ju)大的意(yi)義。對細胞的研究是一個複雜的工程，細胞在人(ren)體內處(chu)於複(fu)雜的微環境之中，且細胞體積微小、種類(lei)多樣，在細胞水平進行細胞識(shi)別、代(dai)謝(xie)物檢測(ce)、內部組分分析(xi)、細胞結構與功能表征、細胞間相互作用分析等工作也(ye)都有著很高的難度。因為樣品量小，分析物濃度低，樣品體係複雜，細胞水平分析對於傳(chuan)統的研究和分析方法與技術是一個巨大的挑(tiao)戰。 在非均勻電場(chang)中采取介電泳(yong)(DEP)的方法(fa)，可有效進行單細胞的無接觸處理。微波通過在覆有三層金屬層的柔(rou)性印刷電路板上鑽孔形成，因此每個微波形成了三個環形電極(ji)。聚(ju)苯乙(yi)烯珠和電池的實施裝置，包括一組微波(bo)管和一個流體裝置，用於從底部向微波管中填充(chong)生理鹽水緩衝(chong)液，並從頂(ding)部將顆粒分配到微波管中。有源(yuan)微波有望替代單流腔(qiang)或(huo)通(tong)道(dao)芯(xin)片，其主(zhu)要優點是可在不同的位置分離細胞，支持靈活的上清替代，簡化單細胞回(hui)收程序，保證(zheng)與標準高密(mi)度微量滴度板的機械相容性，但是依然存在高通量的痛點待(dai)解決。 在這(zhe)項(xiang)技術中，采用MicroFab的Jet Drive III和一個MJ-A可將聚苯(ben)乙烯(xi)珠(zhu)和細胞進行均勻(yun)分配，噴射出(chu)的液滴體積為0.5 nl。實驗中，稀釋(shi)參(can)數為105個細胞/ml，分析每滴細胞的統計分布得知，當(dang)每微孔滴10個細胞時，平均期(qi)望(wang)有0.5個細胞，可以有效獲得單個細胞。
臨時單細胞塗層是細胞處理的有用工具，允(yun)許在重新(xin)建立(li)正(zheng)常細胞功能之前對細胞進行操(cao)作以防止細胞附著和聚集。在“陽(yang)離子(zi)聚合物用於生物加工的臨時單細胞塗層”的研究中，描(miao)述(shu)了一種使用已知(zhi)聚陽離子 [poly(l-lysine), PLL] 的斑點塗層方法來誘導三種不同細胞類型（即兩種骨癌細胞係和成纖維細胞）上的細胞表麵靜(jing)電荷。報告(gao)了細胞表麵PLL斑(ban)點塗層的形態、聚合物的內化和代謝以及防止(zhi)細胞聚集。發現聚合物濃度是控製膠囊形態(tai)和細胞健康(kang)的關鍵(jian)參數。這種方法允許在1-2小時內進行臨(lin)時細胞塗層，細胞在攝取(qu)和代謝聚合物後表現出表型正常行為。該過程提供了一種快速有效的替代方案，以幫(bang)助(zhu)生物加工應用中的單細胞操作。還介紹了應用PLL斑點細胞塗層在實現可靠(kao)生物打印方麵的初(chu)步工作。 （使用帶有內部(bu)儲液器的Jetlab 4單噴頭壓(ya)電打印機。從直徑為60μm的噴墨打印頭（MJ-AT-01-60-8MX）中分配兩(liang)種1×106個細胞/mL生物墨水，其中含有10μg/mL PLL塗層或未塗層細胞。）
研究人員(yuan)采用MicroFab的30μm、50μm和80μm噴頭搭(da)建了微液滴發生裝置，進行了對噴射的哺(bu)乳(ru)動物細胞液滴的觀測和研究。噴墨打印後的細胞存(cun)活率與未打印的對照(zhao)組一致。作為對照，移液到孔中的細胞的存活率為96.2%，從30μm和80μm噴頭噴射的細胞的存活率分別為94.4%和96.3%。之後(hou)進行CCK-8測定，以研究在達到平(ping)台期之前的7天小噴頭直徑是否影響細胞的體外增殖。最後，進行細胞形態學檢(jian)查(cha)以進行定性分析。如上圖(tu)c所(suo)示(shi)，未觀察(cha)到明顯的形態異常(chang)和DNA斷裂；此外，這些(xie)打印的細胞仍(reng)然保持良(liang)好的對基材的粘附(fu)能力(li)。這些結果表明，30μm噴墨噴頭對打印的哺乳動物細胞的影響(xiang)和損害(hai)可以忽(hu)略(lve)不計(ji)。
相關研究團隊(dui)已(yi)經(jing)成功地(di)使用噴墨打印來冷凍保存源自人類胚胎幹(gan)細胞(hESC)的3T3小鼠成纖(xian)維細胞和人類神(shen)經祖細胞(NPC)。通過以100Hz–20kHz範圍內的速率(lv)從380pl的單個液滴打印含(han)有二甲基亞(ya)碸(DMSO)作為冷(leng)凍保護劑(ji) (CPA)的細胞懸(xuan)浮液，形成體積為114nl的固(gu)著液滴。打印和冷凍(dong)/解凍循(xun)環（在液氮(dan)溫度下至(zhi)少保持24小(xiao)時）後，3T3細胞在所有液滴沉積速率下均表現出>90%的平均存活率，CPA濃度
在個性化醫療時代，腫瘤(liu)內異質(zhi)性的量化對於設計有效的治療策略至關重要。在"使用噴墨打印的單細胞來量化腫(zhong)瘤內的異(yi)質性"的研究中，相關研究團隊初次(ci)使用壓電噴墨打印機（MicroFab）來分析膀胱(guang)癌(ai)的腫瘤內異質性。患(huan)者來源的腫瘤類器官被分離成單細胞懸浮液並用作生物墨水。通過按需噴墨打印將單個細胞準(zhun)確分配到微孔板中，無需任(ren)何添加劑或處理，然後培養(yang)成類器官(guan)進行進一步分析。觀(guan)察類器官的大小和形態，以及增殖和凋亡標(biao)誌物的表達。腫瘤類器官也顯示出對化療劑的異質反應。此外(wai)，研究團隊量化了兩種類型的腫瘤類器官中代表性 luminal 和基底(di)基因的 mRNA 表達水平。這些結果驗(yan)證了各個類器官中各種基因的異質表達。該研究表明，全自動生物打印技術可用作對細胞進行分類以評估腫瘤內異質性的有效工具。(2020)
藻類細胞固定化是廢水處理、有用代謝物生產和養殖管理的常用技術。然而，目前技術中對固定液滴的大小、微生物種群(qun)和生產率的控製需要改進。在這裏，Hwa-Rim Lee所在課題組初次使用按需噴墨打印將海(hai)藻的孢子固定在海藻酸鹽微粒中。通過將藻(zao)酸鹽(yan)-孢子懸浮液打印到氯(lv)化鈣(gai)溶液中來產生帶(dai)有固定孢(bao)子的微粒。他們證明噴墨技術可以通過改(gai)變墨水中的孢子密度將噴射液滴中的孢子數量控製在0.23到1.87的範(fan)圍內。在基於打印的孢子封裝後，他們觀察到菌(jun)體的初始(shi)發芽和持(chi)續生長，直到培(pei)養45天。該研究表明，噴墨打印具有固定藻類的巨大潛力，並且控製封(feng)裝孢子數量及其微環境(jing)的能力可以促進對封裝孢子微觀相互作用的研究。將藻類細胞固定在聚合物水(shui)凝膠中具有廣泛的應用。固定化藻細胞可用於汙水處理，以去(qu)除(chu)養分、金屬和工業汙染物。捕(bu)獲的藻類細胞還可用於產生代謝物、測量毒性、通過冷凍保存細胞以及管理原(yuan)種培養物。該技術還能夠改善(shan)固定化藻細胞的代謝、功能和生長。在水凝(ning)膠顆粒中捕獲(huo)微生物的方法包括(kuo)將細胞懸浮(fu)液常規(gui)滴入裝有硬化溶(rong)液的容器中；擠壓滴水；重力驅動滴水；懸浮噴塗。所有這些方法要麽速(su)度慢(man)，要麽無法充分控製液滴的大小、微生物含量或生產率。一種實用的方法將克服這些缺點。按需噴墨（DOD）噴墨打印廣(guang)泛用於各種領域，如生物打印、印刷電子和3D製造。DOD壓電噴墨打印在壓電噴墨打印機的噴嘴(zui)通道中使用了一個壓電致動器。電壓脈衝會減少(shao)裝有墨水的腔室(shi)的體積，因此有些會以液滴的形式噴出。壓電噴墨打印可以在>10kHz下產生大小為1–100pL的液滴。噴射液滴的大小可以通過調(diao)整(zheng)輸入電壓脈衝或選擇(ze)合適的噴嘴來控製，並且小於水凝膠中營養物質和代謝物的擴(kuo)散極限(xian)（100-200μm）。小尺(chi)寸的微粒可以使捕獲的藻類細胞生長過程中的抑製作用 小化。由於能夠噴射少量墨水，噴墨打印已被用於封裝大分子、藥物和哺乳動物細胞。（Jetlab II, MicroFab）
磷(lin)脂雙層滲透(tou)性的可逆、溫(wen)度依(yi)賴(lai)性變化已被用於控製封裝的分子有效載(zai)荷從脂質體中的擴散速率。脂質體預裝熒(ying)光染(ran)料並(bing)固定在海藻酸鈣水凝膠微粒中，該微粒還含有氧(yang)化鐵納米顆粒。複合微粒通過按(an)需噴墨方法生產。氧化鐵納米顆粒在暴露於射頻 (RF) 交(jiao)變磁場時局(ju)部散(san)熱的能力用於控製局部溫度，因此使用射頻線圈以非接觸方式從脂質體擴散。實現了幾種不同的釋放模式，包(bao)括重複的按需發布。研究了複合藻酸鹽-脂質體-磁鐵(tie)礦(kuang)微粒的內部結構，並確定了微粒濃度對加熱速率的影響。為了達到脂質體膜熔化所需的溫度升高，藻酸鹽珠的濃度應至少為所用納米顆粒濃度和比吸收率的 大填充密度的25%。（上右(you)圖：脂質體-藻酸鹽-磁珠的光學（左(zuo)）和寬場熒光（右）圖像(xiang)。通過噴墨技術獲得的微凝膠珠的尺寸範圍在40 ~ 80 μm之間。）（2013）
廣泛應用微囊化藥物、燃(ran)料、香料、粘合劑藥物的控製釋放、動植物細胞培養、細胞和酶的固定以及生化物質分離等領(ling)域，具有廣闊的應用前景(jing)。 現階段的研究熱點集(ji)中於減(jian)小微囊的體積和微囊尺寸均勻化。這是由於體積小的微囊具有利於氧和營養物的供應、囊內死腔小和便於微環境投放等優勢。常見的溶劑蒸發法、相分離法、界麵沉積法和噴霧幹燥(zao)法等物理化學法，需要在高溫條(tiao)件下或使用反(fan)應劇烈的破(po)壞性有機溶劑，製備的微膠囊粒徑分布寬，很難(nan)滿(man)足醫藥工業和生物技術領域中保持生物物質活性的要求。而噴印技術製備的微球囊具有以下優勢：（1）微球囊尺寸高度統(tong)一；（2）微球囊的製備尺寸可調整；（3）微球囊的藥物釋放速率可控；（4）生產規模(mo)易於擴大（使用陣列(lie)噴頭或多噴頭）；（5）局部給(gei)藥，避免毒性擴散；（6）生物可降解，無需手(shou)術切(qie)除。目前，Jetlab製備的微球囊，可控的粒徑範圍(wei)15～100μm。研究顯示，采用該係統製備的載紫杉(shan)醇(chun)微球，對所載的紫(zi)杉醇分子本身無破壞(huai)，保證了藥物的治療效果，包封率至少可達67% ,且粒徑均勻，藥物釋放緩慢。研究表明，噴墨技術生產的微球持續釋放超(chao)過50天，可有效抑(yi)製和逆轉(zhuan)腫瘤的生長。由於噴墨技術依賴於數據驅動、非接觸技術的結合，因此可將準確的皮升體積的材料在目標地點高速、準確地存放。MicroFab公司(si)的噴墨技術可在三維(wei)層次分配生物材料，廣泛應用於藥物傳遞(di)和組織(zhi)工程。標準的JetLab係統常用於生產給藥係統，該係統包括：1)微細分發硬件，由一個或多個印刷壓電裝置構成，允許單或多流體分發或擴大單一流體分發；2)樣品打印三軸(zhou)運動係統，通常包括3個定位階段與光學編(bian)碼(ma)器（編碼器分辨率1.0m）；3)光學係統，以兩台黑(hei)白CCD相機和一個抓幀(zheng)器為準，可對準運(yun)動台和印刷基板，檢查噴射過程的質量，確保噴射的效果；4)驅動，這種脈衝的特性取決於流體特性和微分發裝置的結構；5)可選擇的軟(ruan)件(內部開(kai)發)：打印裝置/流體，可應用於打印裝置的電脈衝特性，每(mei)個位(wei)置的滴點數量和打印圖案。采用噴墨技術中常見的各種方法，如點選和連續模式噴射，可製備具有窄尺寸分布（標準差1m）的紫杉醇單分散微球。HPLC測定的載藥效率至少為68%，高效液相色譜分析表明，微球囊對藥物分子並不產生影響，而MTT試驗證實其對癌細胞具有殺傷作用。體外試驗表明，製備的紫杉醇微球釋放時間約為50d,在此期間的藥物釋放超過80%。因此，MicroFab噴墨技術可用於製備具有良好藥理性能的單分散微球，而且，與其他微球囊製備方法相比，製造過程從熱力學控製機製轉變為機電驅動機製，更易(yi)於控製。
相關研究團隊在“利用微噴射技術製備阿莫(mo)西(xi)林(lin)微膠囊製劑”的研究中，以聚乳酸-乙醇酸共(gong)聚物（PLGA）為微膠囊殼材料,阿莫西林為模型,聚乙烯醇和雙(shuang)糖苷為表麵活性劑,采用數字微噴射技術和直徑40μm的玻璃噴頭（MicroFab）製備阿莫西林-PLGA微膠囊。采用單因素(su)分析和正交試驗方法研究了微噴射係統參數對阿(a)莫西林-PLGA微膠囊平均粒徑和粒徑分布的影(ying)響，即(ji)PLGA溶液濃度、驅動電壓、噴射頻率、攪(jiao)拌速度等,得到了 優結果；還分析了微膠囊的形式表示。結果(guo)表明，在一定的實驗藥物處方條件下，驅動電壓與粒徑成正比；噴射頻率與攪拌速度成反比(bi)。當PLGA濃度為3%，驅動電壓為80V，噴射頻率為10000Hz，攪拌速度為750rpm時，顆粒處於理想(xiang)狀態，平均粒徑為60.246μm，包封率分別(bie)達到62.39％和2.1％用於載藥。
癌症的治(zhi)療過程中發現，許多類型的癌症(zheng)不僅(jin)對一種藥物產生反應，而是會對至少兩種細胞毒素或兩種抗癌藥物產生聯(lian)合反應，而且，藥物的綜(zong)合治療可有效降低癌症複發的風險。但是，由於多種藥物在治療過程中對劑量的要求(qiu)會有所不同，因此，與傳統的由固體聚合物微球組成的微球不同，科研人員進一步(bu)研發了一種雙層微球結構，其聚合物的核心(xin)被(bei)另一種聚合物的塗層包裹，多種負載藥物可以針(zhen)對性的治療不同類型的癌細胞。此類載藥聚合物微囊，利用其可對指定組織、器官的靶向性和對藥物的緩(huan)釋特性，從而有效地降(jiang)低藥物給病人帶來的副作 用並提高藥物的生物利(li)用度。 目前，該類藥物載體的發展和研究重點體現在--開發新型微粒製備方法，提高藥物的包封率，並且在 大程度上確保芯材的完整性和活性，製備過程必須(xu)安(an)全無毒(du)；其次是通過對微粒殼(ke)材的修(xiu)飾，使其具有良好的生物通透性，從而加強(qiang)微粒的包封性能，具有靶向性，對病變細胞或組織具有特異性的識別，讓藥物穿過人體內的生物屏(ping)障(zhang)直接作用於病變區(qu)域，提高生物利用度。 利用基於MicroFab微壓電噴頭的微噴射係統，可用於生產雙層微球。該係統由兩根(gen)遮光管(guan)組成。外管用於注入形成外殼的液體，而空氣注入內管。空氣可以用第(di)二種流體代替(ti)，從而產生多層球體。
對參與生物過程（如內吞作用、胞吐(tu)作用和運動性）的關鍵分子成分的了解越(yue)來越多，這使得(de)通過重構直接測試提出的機械模型成為可能。然而，目前從純化成分構建越來越複雜的細胞結構和功能的技術在創造模擬真實細胞的物理和生化限製條件的能力方麵受到限製。在“形成具有受(shou)控膜成分、不對稱性和內容(rong)物的巨大囊泡”的研究中，相關研究團隊提出了一種形成巨型單層囊泡(pao)的綜合方法，同時控製(i)脂(zhi)質組成和不對稱性，(ii)定向膜蛋(dan)白(bai)摻入，以及(iii)內部內容物。作為這種方法的一種應用，研究團隊構建了一個合成係統，其中膜蛋白被傳遞到巨囊泡的外部，模仿(fang)胞吐作用的各個方麵。使用共聚焦(jiao)熒光顯微鏡，研究人員觀察到小的封裝囊泡與巨型囊泡膜對接和混合膜成分，導致先前封裝的膜蛋白暴(bao)露於外部環境。這種創(chuang)建(jian)巨型囊泡的方法可用於測試依賴於受限體積和複雜膜組成的生物過程模型，並且可用於構建用於治療和生物材料應用的功能係統。（上圖為具有油(you)不溶性脂質的巨型單層囊泡GUV是通過將SUV小單層囊泡摻(can)入平麵雙層中，然後進行微流體噴射形成的。(A)使用定製的丙(bing)烯酸室通過MicroFab壓電噴墨的微流體噴射形成巨大的囊泡。腔室安裝在顯微鏡台上，噴墨裝置從腔室側麵的端口插(cha)入。為了圖像清晰，該腔室不包含油滴或水滴。比例(li)尺，4mm。 (B)在含有油的丙烯酸室中培養含有具有油不溶性脂質（紅(hong)色）的SUV的水滴。一個薄(bao)的丙烯酸隔(ge)板將兩個水滴分開。(C)SUV在水滴內擴散，直到它(ta)們接觸並融(rong)合到油/水界麵，在每個水滴周(zhou)圍形成連續的脂質單層。去除薄的丙烯酸隔板允許兩個液滴一起移動並排除它們之(zhi)間的油。當兩個脂質單層接觸時，它們形成一個平麵脂質雙層。GUV是通過使用噴墨裝置進行微流體噴射而形成的，該噴墨裝置將平麵雙層變形為囊泡。噴墨的重複脈衝導致形成多個單分散囊泡。(D)TMR-PIP2通過這種方法被納入GUV並通過共聚焦顯微鏡成像。比例(li)尺，50μm。）（2011）
將大分子包裹(guo)在脂質囊泡中具有推動生物學發現和開發新型細胞樣療法和傳感(gan)器的潛力。然而，快速可靠地生產大量裝載不受限製和準確控製的內容物的單層囊泡需要新技術來克服(fu)現有方法的尺寸、均勻性和吞吐量限製。在這裏，加州(zhou)大學伯(bo)克(ke)利分校(xiao)研究人員提出了一種使用噴墨打印機（MicroFab）以200Hz的速率進行囊泡形成和封裝的高通量微流體方法。在“用於細胞樣(yang)封裝的單層脂質囊泡的噴墨形成”的研究中，研究團隊展示了噴墨壓電致動器的多個高頻脈衝如何(he)產生微流體射流，使雙層脂質膜變形，控製單個囊泡的形成。脈衝數、脈衝電壓和溶液粘度的變化用於控製囊泡大小。作為使用這種方法進行細胞樣重建的第一步，研究人員封裝了細胞骨架(jia)蛋白肌動蛋白，並使用共封裝的微球在囊泡形成時跟(gen)蹤其聚合成密集糾纏的細胞骨架網絡。(2009）
黑色素是一種由黑色素細胞產生的天然生物色素，可以在大多數生物體中找到。黑色素獨(du)特的物理和化學特性使其可用於多種應用，尤其是那(na)些需要生物相容性功能材料的應用。相關研究團隊介(jie)紹(shao)了一項可以利用黑色素的重要技術：就生物相容性基質而言的藥物遞送係統。然而，從不同的生物來源中提取黑色素既昂貴(gui)又(you)耗(hao)時，並且在化學結構、性質和功能方麵引入了可變性。因此，使用生物提取的黑色素很難實現功能可重現的係統。在合成黑色素納米顆粒的噴墨打印作為藥物製劑的生物相容性基質的研究中，研究人員報告了可控均勻尺寸和化學特性的黑色素納米顆粒的合成。通過光學共焦光致發光(PL)成像、掃描電子顯微鏡(SEM)、傅裏葉(ye)變換紅外光譜(FTIR)和Zeta電位法表征合成納米粒子的光學、化學和結構特征。黑色素納米顆粒具有100nm的尺寸和窄(zhai)的尺寸分布。與本體顏料相比，納米顆粒結構的優勢在於其增強的表麵積與體積比，這對於控製微觀表麵積至關重要的應用非常重要。使用噴墨打印技術（MicroFab Jetlab噴墨打印係統），研究人員開發了墨水浪費少的黑色素薄膜，並在其中加載了亞甲藍（研究團隊的代表藥物），以測試黑色素納米顆粒的載藥能力。噴墨打印使他們能夠創建具有準確沉積和少墨水浪費的光滑(hua)均勻薄膜。光譜(pu)分析證實了“藥物”作為基質附著在黑色素納米顆粒上。因此，研究人員的數據將黑色素識別為可集成到藥物釋放應用中的材料係統。（上圖為載藥前後噴墨打印和滴注(zhu)法製備的黑色素納米顆粒基薄膜的特性。(a)黑色素納米顆粒薄膜在加載藥物前後的紫外至近紅外光吸收(shou)。研發人員使用亞甲藍(MB)作為模型藥物。MB在618nm和670nm處的特征吸收峰(feng)疊加在黑色素的寬帶吸收上，證實了藥物的成功加載。(b)薄膜照片也清(qing)楚(chu)地證實了載藥量。黑色素膜的特點是呈(cheng)褐色，而加載MB的黑色素膜呈藍(lan)色。噴墨打印技術製備的薄膜的質量會影響需要均勻沉積方法的可靠藥物輸(shu)送係統的製造(zao)。如圖所示，噴墨打印的黑色素和加載MB的黑色素薄膜明顯比其他(ta)技術製備的薄膜更均勻。）（2020）
在“基於雙噴墨打印的新型皮升液滴陣列，用於並行實時聚合酶鏈(lian)反應”的研究中，相關研究團隊開發並表征了一種新型皮升油滴陣(zhen)列，該陣列通過雙噴墨打印方法在專(zhuan)為定量聚合酶鏈反應（qPCR）分析而設計的均勻疏水矽芯片上生成。提出了雙噴墨打印以有效解決在平麵基板上陣列生成過程中皮升液滴的蒸(zheng)發問題，而無需加濕(shi)器或甘(gan)油的幫助。該方法利用壓電噴墨打印設備（MicroFab Jetlab 4噴墨打印係統）將試劑液滴準確噴射到油滴中，油滴首先(xian)分配在疏水和疏(shu)油基材上。在陣列製造和熱(re)循環過程中沒有觀察到蒸發、隨機移(yi)動或交叉汙染。該研究團隊證明了這種新型雙噴墨方法用於實時PCR分析的可行性和有效性。這種方法可以很(hen)容易地產生體積變化範圍從皮升到納升的多體積油滴陣列。此功能對於針對寬和可調動態範圍的同時多體積PCR實驗很有用。這些基於雙噴墨的皮升液滴陣列可能具有多路複用應用的潛(qian)力，這些應用需要用於單細胞培養、單分子酶測定或數字PCR的隔離容器，並為在平麵基板上生成液滴陣列提供了一種替代選擇，而無需化學圖案化。（上圖左側為在二氧化矽固體載體上通過雙噴墨打印製備皮升油包油陣列的示意圖和明場圖像。(a)油滴陣列形成。(b)PCR混合物分配在第一個油微陣列上以產生液滴油陣列。(a)和(b)的下部顯示了油和油中液滴陣列的頂視圖。(c)二氧化矽基板上油陣列的明場立體顯微圖像。插圖：展開視圖。（d）在（b）中製造的油滴陣列的明場立體顯微鏡圖像。插圖：擴展視(shi)圖。比例尺：500μm。）（上圖右側為工藝示意圖，在 (a) 中，使用2nL礦物油液滴生成4x5陣列。(b)顯示了將800pL含有用作被動參考的ROX染料的PCR試劑添(tian)加到油滴中後的相同液滴。在(c)中，通過微量移液器注入過量的礦物油，直到液滴陣列被完全覆(fu)蓋。 最後，在(d)中，將用蓋玻片密封後的芯片放置在熱循環儀(yi)上以進行40個循環的並行實時PCR。比例尺：500μm。）
微滴數字PCR（droplet digital PCR, ddPCR）主要是將兩種互不相溶的液體，以其中一種作為連續相（油），另一種作為分散相（水），在水/油兩相表麵張(zhang)力和剪切共同作用下分散相以微小體積單元的形式存在於連續中，從而成液滴。這種液滴式的反應腔室具有體積小、樣品間無擴散等優勢(shi)。在ddPCR中，利用微液滴發生係統可以一次生成數萬(wan)乃至百萬個納升甚(shen)至皮升級別的單個油包水微滴，作為數字PCR的樣品分散載體。上圖是使用MicroFab的Jetlab 4噴墨打印係統，以30kHz的頻率，在油槽(cao)的液麵下方，噴墨打印水相溶液，形成了穩定的直徑45μm左右的油包水微滴，一致性好，排(pai)列整齊。（睿度光電2021高通量ddPCR油包水微滴打印測試）
乳液溶劑蒸發是一種成熟(shu)的方法，用於從分散在水性介質中的揮發性有機溶劑中的聚合物溶液生成微粒。這種方法也可用於通過噴墨打印（MJ-ABP-01，MicroFab）沉積顆粒，其中顆粒是在基材上的液體油墨幹燥過程中形成的。然而，粒度分布非常寬。在"通過噴墨印刷(shua)由微流體產生的單分散乳液製備單層均勻聚合物顆粒"的研究中，研究團隊證明了由微流體產生的水包油乳液的噴墨打印可以產生具有窄尺寸分布（變異係數
傳統的點樣微陣列製備方法，是采用計算(suan)機控製的xyz運動台實現，其頭部使用筆尖(jian)式搜(sou)集裝置從多孔板上獲取小滴的溶液，然後轉移、點樣到表麵。當使用平麵固體表麵基板時，筆(bi)式打印實用性高且可重複。但是當使用不均勻的膜型襯底時，接觸(chu)技術會出現較多問(wen)題。當表麵區域低於一支(zhi)筆或一組打印筆中的一支筆的水平時，不均勻的基片會導致遺漏點；而薄膜吸(xi)收斑點溶液太快(kuai)時，斑點會導致表麵凹(ao)痕(hen)的出現和斑點不均勻。而且，由於每個點印的容量控製範圍有限，會導致無法疊(die)印。正壓驅替，利用注射器係統或閥門射流沉積流體，在閥噴技術中，一個孔口或噴嘴附在一個電磁(ci)閥上，電磁閥(fa)快速開啟(qi)和關閉，從加壓的流動中產生間歇(xie)的水滴流。注射器係統從樣品孔中抽取液體，然後使用正位移將液體分發到基板上。由於流體特性對分膠效果的影響小於對壓電微分膠效果的影響，因此該係統具有較高的可靠性。然而，正壓力驅替微分配(pei)器係統在低容積時，其可重複性率較低。 MicroFab按需滴式壓電微分發裝置屬於微分液裝置，當流體保持在環境壓力下，僅僅在需要時，使用壓電換能器製造液滴。換能器在流體中產生體積變化，從而產生壓力波；當壓力波傳播至孔口時，轉化為流體速度，從孔口噴出一個液滴。作為一種非接觸式技術，噴墨調劑的精度不受流體如何潤(run)濕基板的影響，如在調劑過程中，正位移或筆轉移係統將流體接觸到基板上，流體源不會被基板上的流體或基板材料所汙染。因此，可使用不同的試劑或生物液進行疊印，且減少交叉汙染的風險(xian)。最終，流體液滴可自由移動的距(ju)離超過1 mm，可將流體分配到井中或其他基質特性中(例如，控製潤濕和擴散的特性)。MicroFab技術正在使用單玻璃管壓電式分配器，同時將其高密度按需滴陣列打印頭技術用於生物活性流體微分配器。集成陣列噴墨噴頭的使用，在高密度/高精度條件(jian)下，有效簡化了多噴墨係統的設計和操作。 壓電式按需滴式噴墨打印技術用於微分發液體在DNA和免疫分析診(zhen)斷、表達研究和高通量篩選方麵具有廣泛的適用性。研究發現，利用MicroFab噴墨微分配技術，可以以0- 4000 /秒(miao)的速度生產出直徑為25-100μm (10pL-0.5 nL)的流體球體。MicroFab噴墨微分配裝置可廣泛應用於打印多種流體(探針、試劑、生物樣品流體、表麵激(ji)活流體等)。
上圖是用同一設備印刷的各種尺寸（小直徑80μm）的膠點，可調整局部材料密度。在醫療設備、曲(qu)麵屏幕、MEMS組件等器件的製備方麵，均需要合理有效地分配非接觸式粘合劑，以防(fang)止損(sun)壞或汙染設備。這是因為，精密儀器製備中，微型光學元(yuan)件附著在非常小的其他元件上，如何使在雙方達到緊密連接是關鍵。常用於粘接的材料可以是熱塑性/熱固性/熱熔(rong)氰基丙烯酸酯、環氧UV固化矽酮丙烯酸酯聚氨(an)酯，且均可使用噴墨技術進行微點膠打印。許多商(shang)用膠粘劑產品適用於噴墨沉積，而另一些則(ze)需要進行調整。考慮在分配器孔口達到的剪切速率，50cPs被認為是流體粘度的實際極限，因此，具有較高粘度的商用粘合劑可以通過加熱或稀(xi)釋的方式引(yin)入噴墨式分配器的操作範圍。 噴墨微點膠的優點在於準確控製位置、單點膠量、物料在麵積上的分布和線寬。MicroFab使用噴墨打印方法可製造各種組件和設備，使用的材料包括光學粘合劑，紫外光固化聚合物，指數調整熱塑性配方和其他特別粘(zhan)接材料。MicroFab高溫打印頭用於在220℃的溫度下分配粘合劑材料，通過改變工藝參數、點陣、細線和區域，打印範圍從10μm到幾(ji)毫(hao)米，精度水平隻(zhi)有幾微米。 使用MicroFab的高溫打印頭，粘度在100- 200cps範圍內的粘合劑可以加熱到100℃左右，將其粘度降低到一個可接受的範圍，或使用相容溶劑稀釋降低粘度，可在塗膠後溶劑蒸發，隻留下粘合劑。 此外，還可以通過在商用粘合劑材料中填充金屬顆粒、碳納米管或陶瓷(ci)顆粒，改進其導熱性或導電性。
柔性電子材料具有高靈敏度、可彎折等優(you)點，具有可穿(chuan)戴(dai)性，可應用於各類柔性傳感器，如壓力傳感器、觸覺(jue)傳感器、氣(qi)體分子傳感器等。在電子皮膚、醫療監測、智能機器人等方麵應用廣泛(fan)。上圖所示為基於銀納米線(AgNW)噴墨打印的柔性電阻式壓力傳感器，靈敏度達0.48 kPa-1。
作為人體皮膚(fu) 敏感的部位之一，指(zhi)尖可以區分溫度-壓力刺激，具有特別高的空間分辨率。它使人工指尖的構建比典型的電子皮膚更具挑戰(zhan)性。因此，構建高度集成的MFSOTE陣列對於滿足所謂(wei)電子手指的要求至關重要。通過使用MicroFab的Jetlab Ⅱ噴墨打印係統，中科院化學所相關研究團隊在織物框架上製造了2×3cm²（每個像素0.25mm²）的高分辨(bian)率MFSOTE陣列，其中包含1,350個像素。上左圖顯示了在指尖上噴墨打印的MFSOTE矩(ju)陣的照片。當指尖接觸一個接觸麵積為1.4×1.4mm²的小冰(bing)塊(kuai)時（4個像素），在重建的地圖上收集了空間分辨壓力（2-3kPa）和溫度（0-5°C）信息(xi)，如上右圖所示。這些結果意味(wei)著該傳感陣列具有出色的空間分辨率和雙參數傳感能力。
曼(man)徹(che)斯特大學和利茲大學相關研究團隊製造了可切換隱(yin)形眼(yan)鏡(jing)原型，並使用集成的現成電子元件進行了測試，以驅動液晶（LC）有源鏡片元件。該原型能夠將其焦點功率平均改變+1.9D，但也測得 大值為+3.2±0.2D。可切換焦點隱形眼鏡旨在幫助老(lao)花眼患者恢複功能性近距離和中距離視力調節，老花眼是一種不可避免的與年齡(ling)相關的眼部疾病。該原型中使用的定製聚甲(jia)基丙烯酸甲酯(zhi)隱形眼鏡基材等同於市(shi)售(shou)的鞏膜隱形眼鏡。研究發現，當至少有一個襯(chen)底＜100μm厚時，需要更仔細的設計考(kao)慮(lv)（最終設備需要）。如果沒有這些設計考慮因素，透鏡的可切換焦功率很容易改變，因為LC插入層能夠彎曲。該原型有一個車載電子平台，該平台可通過電池自行供電。用600Hz紅外線信號照亮電子封裝，打開設備，將交流電壓傳遞到隱形眼鏡的電極，用電場重新定向LC的導向器。據研究人員所知，這是初次展示用於治療老花眼的電池(chi)供電和無線觸發的智能隱形眼鏡。（上圖(a)為表麵噴墨打印（MicroFab）有聚合物電極層的PMMA隱形眼鏡基材。注意，此圖像中的對比度已增強，以增(zeng)加電極的可見性。(b)為組裝好的隱形眼鏡，其外部區域沒(mei)有連接電子平台(tai)。此麵板中的對比度未增強以增加電極層的可見性，但從載體和覆蓋(gai)透鏡圓形電極區域可以看(kan)到兩個重疊層。(c)為噴墨打印在隱形眼鏡基材表麵上的聚合物電極層的圖案。這種設計使電子平台能夠通過連接到電源片在電極層上施加電壓。該設計使用通孔連接將電壓從載體透鏡傳遞到覆蓋透鏡，而不會使設備短(duan)路。）（2022）
天津大學栗大超教(jiao)授(shou)課(ke)題組開發了一種柔性表皮生物微流控裝置，以實現連續血糖監(jian)測。如圖A所示，該裝置可以像創可貼一樣緊(jin)緊地貼在皮膚表麵，以獲得血糖濃度變化的信息。柔性裝置不會影響人體的正常活動，應用起來非常方便。此外，柔性裝置可以隨著皮膚的運動而變形，這避免了由裝置和皮膚之間的相對運動，從而促(cu)進透皮吸收。圖B顯示了表皮生物微流體裝置的結構，其包括兩個部分:溫度控製部件和葡(pu)萄(tao)糖檢測貼片。圖C顯示了製造的葡萄糖檢測貼(tie)片的照片。該裝置完全由噴墨打印（MicroFab）的直寫(xie)技術製造，包括柔性電極的形成、納米材料的原位改性和酶(mei)分子的固定。全(quan)印刷工藝使得製造容易，成本低，有利於實際(ji)生產。（2021）
北京(jing)大學李誌宏(hong)教授團隊提出了一種全打印方法的概念，旨在方便快捷地製造微流體設備。該研究團隊實現了一種微流控生化傳感器，其所有功能結構均通過噴墨打印（MicroFab）製造，包括電極、固定化酶、微流控元件和封裝。該方法具有經濟高效、快速的特點，為新型片上實驗室係統的快速模型驗證提供了可能。本研究成功地將三(san)電極電化學係統與葡萄糖氧化酶固定化凝膠集成，並密封在冰通道中，形成了用於葡萄糖檢測的一次性微流控傳感器。該完(wan)全打印的芯片在低濃度葡萄糖(0-10 mM)下顯示出良好的靈敏度和線性切片。在自動化設備的幫助下，全打印傳感器可以大量生產，成本低。（上圖為全打印葡萄糖傳感器製作工藝。(a)打印Au圖案，包括第一層工作電極(左)和對電極(右);(b)Ag圖案的打印，作為參考電極。FeCl3滴在電極一側20秒，形成Agcl;(c)打印GOx和Pt，完成工作電極的修飾(shi);(d)葡萄糖氧化酶嵌(qian)入凝膠的打印;(e)打印冰槽;(f)使用光敏聚合物封裝。）（2018）
用噴墨打印技術製造葡萄糖生物傳感器。a)在碳(tan)電極上打印4000滴GOX溶液後的固定滴。b)是(a)滴入的平麵圖。c)20×20網格的平麵圖，每個網格(ge)位置打印10滴。通常用於酶傳感器的碳電極相對疏水，初始大接觸角(jiao)導致打印後酶溶液的擴散不良（a和b）。為了在電極上實現更均勻的酶沉積，可以添加表麵活性劑以降低接觸角，或者(zhe)可以對打印機進行編程，以將單個打印液滴分布在電極上的定義(yi)陣列中，而不是在單個位置（c）。向溶液中加入表麵活性劑會降低其表麵張力，從而降低接觸角。（MJ-ATP-01, MicroFab）（2009）
按需噴墨 (DOD) 噴墨打印（MicroFab）允許準確沉積皮升 (pL) 大小的含有無機和有機材料的溶液液滴，以支持美國(guo)國家(jia)標準與技術研究院(yuan)（NIST）的各種關鍵程序。在其中一個項目中，他們正在探索(suo)使用噴墨打印機作為製備個性化藥物的方式的可能性，重點是根據患者的需要，結合患者的需要，在正確的時間以正確的劑量製備“正確的藥物”。方便(bian)實時準備。這當然需要用於表征和驗證的工具，而噴墨打印機目前協助為成像質譜儀等高級表麵分析工具準備定量測試材料。 研究團隊開發了量化和控製沉積過程的專業知識，並將這些知識應用於將藥物成分直接打印到多種遞送機製上（例如，上圖 顯示了可食(shi)用紙上NaCl的打印圖案。 (a) 將水性“墨水”沉積在疏水表麵上以控製足跡，以及 (b) 使用成像質譜儀生成的2D化學圖像，顯示打印在可食用纖維素紙(zhi)上的Na+離子的分布。噴墨打印機上的線性致動器的運動增量為1µm。圖像尺寸為10mm×10mm）。使用一係列光學和質譜技術，他們已經證實了大量藥物和藥物的空間局部沉積，其數量達毫克 (mg) 水平。
需要新的策(ce)略來製造用於個性化醫療應用的定製口服固體劑型。3D製藥，即直接打印藥片，是一種有吸引力的策略，因為它允許快速生產包含定製藥物劑量的固體劑型。在“用於親水性藥物噴墨3D製藥的光固化生物墨水”的研究中，報告了適用於親(qin)水性活性藥物成分（API）的用於噴墨3D打印的生物相容性光固化藥物聚合物的設計和表征。具體而言，透明質酸被降冰片烯部分官能化，在聚（乙二醇）二(er)硫醇、作為光引發劑的曙(shu)紅Y和可見(jian)光源的存在下，通過硫(liu)醇-烯化學進行快速的逐(zhu)步增長聚合反應。工程生物墨水裝載有鹽酸羅匹(pi)尼羅，通過壓電噴嘴（MJ-ABP-01-080，MicroFab）分配到空白預成型片劑上，然後聚合。片劑的藥物釋放分析導致在片劑溶解後15分鍾內釋放60%。該研究通過沉積專為親水性API設計的可光固化生物墨水，證實了噴墨打印在快速生產片劑方麵的潛力。（2017）
在“通過限製在噴墨打印液滴中形成高亞穩態β甘氨酸”的研究中，倫(lun)敦(dun)大學學院（UCL）藥學院相關研究團隊使用噴墨打印（Jetlab 4XL-A噴墨打印係統）將甘氨酸水溶液的皮升量級液滴沉積到玻璃或鋁基板上，發現體積限製對晶體生長的影響導致形成高度亞穩態的ß形式。當液滴體積增加到0.1uL或更大時，會在咖(ka)啡環形成中看到α和ß形式的混合物。當液滴體積增加到10uL時，在環的主體中形成針狀ß晶體，在空氣-水界麵的外邊緣形成雙錐(zhui)體a晶體。ß形式在環境條件下穩(wen)定至少6周。觀察結果表明，當限製在小體積時，甘氨酸會成核並保持穩定的ß形式，因為在納米尺度上，ß形式是熱力學穩定的。隨(sui)著液滴體積的增加和對晶體生長的限製減少，α形式在熱力學上變得穩定，因此發生相變，這可能是由溶劑介導的機製促進的。噴墨打印皮升液滴可能為分離亞穩態多晶型物提供新途(tu)徑。（2017）
在“打印的液滴中的結晶：了解d -甘露(lu)醇多晶(jing)型物的結晶”的研究中，倫敦大學學院（UCL）藥學院相關研究團隊研究了噴墨打印（Jetlab 4XL-A噴墨打印係統）液滴限製中甘露醇的結晶；與常用的噴霧幹燥製造技術相比，研究了液滴大小和異物表麵存在的影響。在打印的液滴中隻觀察到亞穩態多晶型物（α和δ），隨著液滴尺寸的增加，α 多晶型物占優勢，除了生成的小液滴（~100 pL），其中觀察到穩定的β多晶型物。β多晶型物在噴霧幹燥樣品中也占主導地位，在添加聚合物 (Eudragit) 後出現亞穩態形式。研究團隊提出甘露(lu)醇多晶(jing)型物的結晶依賴於表麵的存在或不存在以有利於穩定或亞穩態多晶型物。這些發現擴展了可以進行的實驗工作，以了解液滴中的結晶行為。通過提出異質成核有利於亞穩態多晶型物的形成，而均相成核有利於穩定的β多晶型物，人們可能會理解為什麽相同的製造方法（例如噴霧幹燥）在單獨加工時會產生一種多晶型物，而當存在於配方中時會產生另一種多晶型物。這對於製藥行業是重要的，有助於理解結晶在噴霧幹燥等製造過程中的影響。（上圖：(a) 打印在載玻片上的100nL液滴中甘露醇晶體的PLM圖像，(b)和(c)100和200nL液滴中形成的晶體的拉(la)曼光譜。星(xing)號表示δ形式的帶特征和圓圈表示α形式的帶特征）（2019）
杜(du)倫大學Colin Bain教授課題組在“In-Situ Fabrication of Polymeric Microcapsules by Ink-Jet Printing of Emulsions”的研究中，通過將噴墨打印技術和乳液-溶劑蒸發相結合的方法實現在一個表麵原位形成聚合物微膠囊。在噴墨打印技術中，材料顆粒大於μm級(ji)的懸濁(zhuo)液非常容易產生噴頭堵塞的問題，華(hua)中科技大學的鄧(deng)仁華老師通過製備聚合物微膠囊的方式，解決了該問題，實現了將大顆粒的材料順(shun)利打印的工作。目前，製作聚合物微膠囊的方法包括：凝聚的聚合物或聚合乳液液滴的界麵、吸收聚合物或表麵聚合固體模板(粒子)、雙乳狀液的蒸發和內心在乳液液滴相分離(li)等，每種方法都有其局限性，而通過與噴墨打印結合，可以實現均勻的雙乳狀溶液，將材料預先溶解在易揮發的溶劑中，通過改變微滴初始尺寸和聚合物濃度等方法可以控製包封效率、微膠囊的尺寸和殼層厚度，並且在定向位置原位形成微膠囊，由此避免了運輸和儲存期間材料的損失(shi)。乳液溶劑蒸發驅動相分離可用於製備聚合物微膠囊。油墨是一種水包油乳液，其分散相中含有形成殼的聚合物、形成核的流體，這是一種對聚合物來說(shuo)較差(cha)的溶劑，也是一種低沸(fei)點的好(hao)溶劑。乳液印刷到基材上後，好的溶劑通過水相擴散蒸發，聚合物與差的溶劑相分離形成微膠囊。連續的水相含有聚乙烯醇，它作為乳化劑和膠囊與基質的粘合劑。均勻的微膠囊是通過打印含有單分散油滴的乳劑在微流控裝置中產生的。本文(wen)討論(lun)了在噴墨打印中成功製備微膠囊需要控製的物理參數。這種快速原位包封的方法可用於控製釋放的應用，如農用化學品噴霧劑、芳香劑、功能塗層和外用藥物。聚合物微膠囊作為一種容器/載體可用於自愈(yu)合塗層，傳感器，相變材料，藥物和農藥的控釋，壓力敏感開關，顯示器或智(zhi)能窗口，光學材料，酶固定化，和芳香劑。微膠囊可以保護活性物質免受環境危(wei)害(如潮濕、氧化），從而延(yan)長保質期。微膠囊允許藥物以可控的方式釋放，這可以提高它們的療效，降低成本和副(fu)作用。此外，封裝可以安全處理有毒化學物質(如殺(sha)蟲(chong)劑)，並允許液滴作為固體處理或嵌入固體基質中。目前，製作聚合物微膠囊的方法包括凝聚的聚合物或聚合乳液液滴的界(jie)麵、吸收聚合物或表麵聚合固體模板(粒子)、雙乳狀液的蒸發和內心在乳液液滴相分離(li)。每種方法都有其局限性，不同的方法針對不同的應用進行優化。該研究通過將噴墨打印（MicroFab微液滴發生係統，MJ-ABP-01，噴頭口徑50μm）和乳液-溶劑蒸發相結合的方法在目標位置原位形成聚合微膠囊，避免了運輸和儲(chu)存過程中貨物的損失，其機理如下圖所示。其中，能夠產生微膠囊而不是固體顆粒關鍵在於噴墨時短時間尺度內水滴的蒸發。 （2019）
洛(luo)桑(sang)聯邦(bang)理工學院微係統實驗室在“通過增材製造在生物可吸收微係統中進行納升液體封裝及其作為受控藥物輸送裝置的應用”的研究中，使用了多種增材製造技術用於生物可吸收微係統中的納升液體封裝。雙光子光刻用於生物可吸收儲層製造，而IJP噴墨打印（MicroFab的Jetlab Ⅱ噴墨打印係統）用於納升液體封裝。雙IJP允許微儲器填(tian)充確量的藥物溶液，然後用與Fe3O4混合的脂質層快速密封納米顆粒。將這兩種打印技術結合起來可以克服液體封裝技術之前的局限性。為了證明該技術的相關性，提出了一種可用於受控藥物輸送的無線激活、生物可吸收多儲層微膠囊。微膠囊及其內容物在製造、儲存和操作過程中表現穩定。磁感應Fe3O4納米顆粒加熱導致密封層局部熔化，從而獨立觸發多個貨物釋放事(shi)件。膠囊的運作在組織模型和體外細胞培養物中得到證明。（2023）
農藥準確變量噴施技術一直是智能化植保機械的重要研究內容，一直是精細化農業領域的研究熱點。農藥準確噴施(shi)牽涉(she)到農藥的有效利用、農產品安全、環境汙染和操作者的人身安全等眾(zhong)多問題。如何按照農業要求快速準確地進行噴施作業，並使其具有良好的霧化特性和均勻性是噴施的關鍵要素。 農藥霧滴在葉片表麵的沉積、潤濕和粘附行為在植物保護中至關重要，因為對它們的研究能有效減少化學品浪費(fei)和環境汙染。實際中數以百(bai)萬計的直接作用於植(zhi)物表麵的農藥霧滴會到達非目標地點，且這些農藥在降落途中可能被風吹離軌道，也可能從植被表麵反彈(dan)回來。這種偏差導致施藥效果降低且施藥頻率增加，因此，將大多數液滴定位在目標表麵以防止化學物質損失在農藥植保中是一個非常值(zhi)得關注的問題。解決這一問題的方法包括用表麵活性劑改變農藥製劑的流變性質，並對噴霧液滴進行靜電充電，以增強在葉片表麵的沉積和擴散效果。表麵活性劑的加入起到發泡或消(xiao)泡、穩定或緩衝以及潤濕或粘附性質的作用，並降低製劑的界麵張力以增強液滴的沉積。來自有機矽(xi)氧烷(wan)、聚電解質和乙氧基化合物的表麵活性劑已被試驗證明有效，其效力取決於濃度水平。雖然表麵活性劑農藥複合物改善了植物表麵的液滴沉積，但它受到葉片方向和表麵形態、液滴行為和施用係統的抑製。親水或疏水葉片表麵在正麵-背麵部分暴露於噴霧液滴決定了沉積效率。噴射液滴的電荷(he)疊加也增強了極性吸引和環繞沉積。高電壓施加為液滴提供了特有的負(fu)電荷，以吸引葉片結構中的正離子。在不同的各向異性的情(qing)況下，表麵活性劑-農藥配方和電極荷電率的組合效應可以 大化液滴在不同葉片表麵上的沉積和擴散。 在農藥噴霧應用方麵，MicroFab研製的微液滴發生係統可以為研究藥物噴霧的發生和控製提供一整套研究方案。通過MicroFab的微液滴發生係統可以觀測液滴在植物葉麵上的運動情況及附著狀態。該係統可以很好的應用於農藥準確噴施技術的研究。其優點：1、高精度：噴墨產生高度可重複的液滴（10-200μm），可通過聚集產生更大的體積。2、連續變化：單個滴（1pL-10nL）的微小尺寸幾乎(hu)會產生總（累積）量的連續變化。
藥物化合物的晶體多晶型直接影響產生的物理化學特性，這是活性藥物成分（API）生產的一個關鍵方麵。在單粒子尺度上表征和化學映射這些多晶型物的工具對於推進目標多晶型物的定向製造仍然很重要。美國國家標準與技術研究院材料測量科學部在“通過非負矩陣分解對ToF-SIMS數據進行無監督藥物多晶型物鑒(jian)定和多組分粒子映(ying)射”的研究中，飛行時間二次離子質譜（ToF-SIMS）用於對噴墨打印（MicroFab Jetlab 4xl-b噴墨打印係統）的對乙酰(xian)氨基酚(fen)樣品進行化學成像。ToF-SIMS 生成高空間分辨率圖像的大型數據集。提取相關數據和感興(xing)趣(qu)的峰值對用戶(hu)來說可能很費力，而且會產生偏見。機器學習方法的進步引入了許多用於數據分析的監督和非監督(du)方法。在這項研究中，研究人員應用非負矩陣分解 (NMF) 對ToF-SIMS化學圖像數據進行無監督分析。更具體地說，使用NMF的擴展變體NMFk來確定數據集的潛在維度。NMFk將傳統NMF的光譜分解與結果因子的 k 均值聚類以及重構和聚類的優化相結合。該方法用於鑒定從噴墨打印的對乙酰氨基酚樣品中產生的多晶型相的數量及其代表性質譜。觀察到無定形、結晶形式I和結晶形式II多晶型物。然後使用學習到的多晶型物質譜將學習(xi)到的多晶型物映射到隨後的對乙酰氨基酚顆粒樣品上。最後，NMFk還啟用了混合粒子樣本（即偏頭痛(tong)藥物）的分解，學習化合物的數量及其組成。提取的組成相質譜——代表單一化合物——在質譜庫中進行搜索以進行鑒定。（2022）
馬薩(sa)裏克大學相關研究團隊在“金納米粒子在激光解吸/電離質譜中的命(ming)運：對單個納米粒子的成像”的研究中，主要是通過激光解吸/電離質譜成像 (LDI MSI) 繪製Au納米粒子 (NP) 的空間分布。在單粒子水平上探索了激光與NP的相互(hu)作用和相關現象，例如金離子的形狀變化、熔化、遷(qian)移和釋放。包含少量空間分離的NP的幹燥液滴陣列通過自動按需壓電分配（MicroFab）可重複地製備，並使用超高分辨率軌道捕獲儀器通過LDI MSI進行分析。為了增強來自NP的信號，采用了生成的Au離子與二甲苯的源內氣相化學反應。開發的技術允許檢測、化學表征和繪(hui)製Au NP的空間分布圖；從一個像素上低至10個50nm Au NPs檢測到離子信號。此外，通過相關原子力顯微鏡（AFM）和掃(sao)描電子顯微鏡（SEM）監測激光照射下的Au NP熔化動力學。LDI MSI分析前後Au NP的AFM測量顯示NP形狀從球體變為半橢(tuo)圓體，並且NP的總體積減少到其初始體積的 45%。（2023）
通過控製沉積過程，可以調整關鍵參數，如空間分布、粒度和分析物的數量，以生產測試材料，以驗證NIST各種表征工具的有效性。在一個例子中，將不同數量的不同大小的金納米粒子打印到明膠上（上圖，(a)ToF-SIMS圖像顯示含有不同數量金納米顆粒的測試材料噴墨打印到明膠上，以及(b)校準曲線與（30、80、100和150）nm 金納米顆粒的質量相關金離子的強度。），明膠被選為生物係統的基質匹配替代品。使用ToF-SIMS可以獲得線性關係，這表明即使是無機顆粒也可以使用這種技術進行量化，每個沉積物的毒理學相關濃度為幾個（飛克）到數千(qian)個納米顆粒（皮克）。這表明使用這種方法也可以量化束縛(fu)在納米顆粒上的藥物成分。
通過Inkjet技術和3D打印技術，將組織和器官的基本微元素有機結合起來，從而有效地克隆(long)出具有生物活性和正常功能的組織和器官，對受損部分進行修複、替代和再生。
組織修複與再生仍是醫學界長期存在的重要挑戰，常見的急性、慢性和先天性損傷(shang)均需要植入性的組織或器官進行治療，以提高患者的生存率和生活質量。然而，由於移植器官的等待周期過長、重建手術的組織需求量過大等因素，均嚴重阻(zu)礙(ai)治療進程。雖然患者是唯(wei)一的自體材料來源，但是患者的自身(shen)材料有限，因此，人工方法進行組織的構建受到越來越多的關注。體外的三維環境下，進行生物可吸收的聚合物創建，也對現階段的構建工藝提出更高的要求。 基於MicroFab的噴墨打印技術，具有高集成性和非接觸等顯著優勢，有望成為新一代組織修複新技術。MicroFab技術公司和Wake Forest再生醫學研究所研發了一種皮膚工程3D生物芯片，可進行三維條件下皮膚的修複研究，用於治療由於熱損傷、機械損傷、疾病、癌症和遺傳疾(ji)病而造成的皮膚創傷。真(zhen)皮修複結構打印機（DRCP）可精準控製細胞、基質和生長因子的體積和比例，構建功能細胞、生長因子、非細胞基質的三維空間，通過非接觸式的按需噴墨生物印刷技術，將皮膚組織再生的所需時間從傳統的14-21天減少至5-7天。如圖所示，DRCP置於HEPA 100級正壓層流箱(xiang)中，配有3D生物芯片和紫外線殺菌燈(deng)。打印頭安裝在龍(long)門(men)架上,包含兩個valvejet分配器和四(si)個噴墨機。化學反應性和紫外光反應性水凝膠的交聯可通過動態交聯噴霧器或光纖紫外光來實現。更換式加熱基底平台可匹配SBS格式微波板（6,12,24,48,96孔），100mm培養皿和小的活動物（如小鼠和大鼠）。用戶可以通過scriptwriter程序(xu)創建打印模式，指定每個位置要存放的落(luo)點數量（通過落點增加的卷(juan)）、落點間距、要存放的層的順序以及交聯的類型和持續時間。
通常來說，創傷性損傷往往(wang)會導致神經組織的丟失，臨床醫生隻能從患者身體其他部位取得部分神經，以修複更嚴重的神經缺損。雖(sui)然自體神經移植成功率達80%，但仍會對患者造成創傷。目前，組織工程師發現，采取人工方法（如，生物可吸收神經引導導管）促進神經再(zai)生可有效減少損傷。生物可吸收神經導管法將近端(duan)和遠(yuan)端神經殘端在導管內縫(feng)合，優化創傷部位的生長條件，以促進神經再生。另外，由於導管在修複完成後被人體吸收，不需要手術移除。 噴印技術作為神經組織的修複再生提供了新思路(lu)，將噴墨技術應用於生物可吸收神經導管法可做到以下幾點： （1）管道內壁與外側均有塗層; （2）導管中裝入噴墨分液單元; （3）可將噴墨噴藥微球裝入導管； 更重要的是，噴墨方法具有高精度的特性，使人們能夠創建和控製管道材料中的蛋白質量或梯度，以及管道表麵紋(wen)理和物理尺寸。組織工程工作站的打印程序可以準確控製沉積的準確點，分辨率為0.2 mm。
通常，使用2D培養的癌細胞和動物模型來評(ping)估候(hou)選藥物。然而，盡管臨床(chuang)前測試成功，但大多數進入人體臨床試驗的藥物都失敗(bai)了。高故(gu)障率主要是由於當前模型的響應與人類的不兼(jian)容造成的。在“通過噴墨打印在成纖維細胞層納米纖維膜上製造體外癌症微組織陣列”的研究中，相關研究團隊通過噴墨打印（MicroFab 高精度納米材料沉積噴墨打印係統 Jetlab Ⅱ）在成纖維細胞層狀納米纖維膜上連續沉積膠原蛋白懸浮的Hela細胞，以多孔格式製造了一種癌症微組織陣列，該陣列顯示出異質和批(pi)次間的結構。基質金屬蛋白酶2(MMP2)和基質金屬蛋白酶9(MMP9)在癌症微組織中的表達高於無成纖維細胞的微組織。用抗癌藥物處理製造的微組織，在癌症微組織中出現對多柔比星的高耐(nai)藥性，但在無成纖維細胞的微組織中沒有。這些結果介紹了一種用於癌症微組織陣列的噴墨打印製造方法，該方法可用於各種應用，例如早期藥物篩選和漸(jian)進式3D癌症研究。（2017）
隨著新呼吸道病毒的爆發和肺部疾病的高死(si)亡(wang)率，迫(po)切需要人類呼(hu)吸係統的生理相關模型來研究疾病發病機製、藥物療效和藥理學。生物打印技術是可用於製造複雜結構的3D組織模型的新興技術之一。生物打印可以3D方式自動沉積細胞和生物材料，實現組織模型的高度控製和定製生產。生物打印組織工程可以為體外藥物篩(shai)選和毒性研究提供更準確的模型。在生物打印技術中，壓電噴墨生物打印 適合重建薄而複雜的軟組織特征。這是因為按需打印方法具有分辨率高、打印速度快、高細胞活性、材料浪(lang)費低等生物打印技術的優勢。基於噴墨的生物打印機在其噴頭中包括一個壓電製動器，在電脈衝下在墨水腔內產生聲波，以噴射典型體積為 1~100 pL（10-12L）的非常小的液滴（MicroFab噴墨技術可實現≥0.1pL的微液滴），噴墨打印的這種能力已被證明能夠在2D和3D環境中以高精度和速度對活的哺乳動物細胞進行微圖案化。（Jetlab Ⅱ, MicroFab)
韓(han)國浦(pu)項科技大學Sungjune Jung教授團隊使用MicroFab的按需噴墨生物打印係統Jetlab II，將噴墨打印與微米級別的三層肺(fei)泡組織有效地結合起來，開發了一個與人體生理結構高度類似(shi)的肺芯片模型，克服了傳統的製造方法在重建微流控裝置中非常薄的多層結構和多種細胞類型的空間排列方麵受到限製，是研究肺部病毒感染和疾病模型以及藥物分析的有效工具。（2023）
萊(lai)布尼茨新材料研究所的Małgorzata K和 Włodarczyk-Biegun在“3D bioprinting of structural proteins”的研究中，重點講述了結構蛋白（膠原蛋白、蠶絲、纖維蛋白）生物打印的研究進展，作為一種特別有趣的技術來重建天然支架的生物化學和生物物理組成以及層次形態。結構蛋白提供的分子設計的靈活性，結合了生物打印固有的混合、沉積和機械加工的靈活性技術，使功能強大的支架和組織模擬物的製造具有一定程度的複雜性和組織性，這才(cai)剛剛(gang)開始被探索。這裏描述了基於結構蛋白的生物墨水的打印參數和物理（機械）特性，包括打印支架的生物學功能。描述了應用打印技術和交聯方法，重點介紹了為改善支架性能而實施的修改。還報(bao)告了使用的細胞類型，細胞活力，和可能的構建體應用。研究團隊設想，將打印技術應用於結構蛋白，將實現對其超分子組織的空前控製，賦予打印支架生物特性和接近自然係統的功能。作者對比了噴墨打印，機械點膠和激光打印，噴墨打印的優勢在於高速、成本低，缺(que)點是隻能用相對低濃度的細胞溶液防止堵塞噴頭（RUIDU 生物噴墨3D打印平台 RD-3DB200 已優化這一不足）。機械點膠可以使用更高濃度的細胞溶液，但油墨沉積過程中剪切應力引起的變形對細胞活力的影響。激光打印允許打印高粘度材料和高細胞密度在非常好的分辨率下，卻受到高成本和缺乏(fa)打印大型結構的適用性。作者同時也用不同材料打印出了不同效果，打印結果良好。作者提出大多數生物打印ECM蛋白的研究都集中在自然材料的模式傳遞上。然而，這種打印方法在打印時提供了額(e)外的優勢作為超分子形成單位的結構蛋白。在微尺度上加工材料所施加的機械力可以影響材料的自組裝過程，形成具有特定力學性能的分層排列的上層結構。這種策略被自然係統用來處理具有獨特性能的材料。例如，在蠶(can)或蜘(zhi)蛛(zhu)中，絲蛋白的折疊和組裝是在腺體通過一個狹窄的管道分泌時發生的，產生的材料的屬性取決於擠壓參數，如剪(jian)切力和環境條件，如pH值下降，離子交換，分泌過程中溫度的變化。此項打印方法可以使蛋白質結構擁有前所未(wei)有的複雜性和組織性。
絲素蛋白是一種天然蛋白質，已顯示出對組織工程的巨大前景，但由於膠凝緩慢或對細胞不友(you)好的苛(ke)刻膠凝條件而無法打印。佛(fu)羅(luo)裏達大學相關研究團隊在"用犧牲藻酸鹽噴墨打印3D絲(si)素蛋白細胞結構"的研究中，提出了一種用於打印絲素蛋白的兩步凝膠化工藝，該工藝在基於噴墨的工藝（MicroFab）中利用藻酸鹽作為犧(xi)牲(sheng)水凝膠。海藻酸鹽與絲素蛋白的細胞負載混合物用於在打印過程中通過形成海藻酸鈣來實現快速凝膠化；打印後，辣根過氧化物酶 (HRP) 催化絲素蛋白在酪氨酸殘基處發生共價交聯。這種兩步凝膠化過程成功地使適用於長期培養的明確定義的載有細胞的絲素蛋白結構的3D生物打印。鈣螯合液化藻酸鹽成分後，結構保持完整，證明了絲素蛋白水凝膠的形成。NIH3T3成纖維細胞在打印後通過水凝膠增殖(zhi)和擴散。打印後5周觀察到代謝活動增加，組織學顯示培養結構中有密集的細胞群。提議的兩步凝膠化技術有望使3D絲素蛋白打印應用於各種應用。（2017）
目前市售的口腔外科屏障膜尚(shang)未達到完美(mei)的設計。現有的材料要麽(mo)是不可吸收的，需要二次手術來提取，要麽是可吸收的，但結構完整性差或降解為酸性副產物。蠶絲有克服這些問題的潛力，但尚未製成市售的牙科屏障膜。反應噴墨打印 (RIJ，該研究使用JetLab4軟件在MicroFab按需噴墨式壓電噴墨打印機上進行噴墨打印) 已被證明是一種將再生絲素蛋白 (RSF) 形式的蠶絲組裝成不同結構的合適方法。在用作牙科屏障膜的再生絲素膜的反應噴墨打印的研究中，相關科研團隊確定了RIJ的RSF溶液的特性以及RIJ對構建RSF屏障膜的適用性。打印的RSF薄膜的特征在於它們的結晶度和表麵特性，這些特性可以通過RIJ進行控製。在磷酸鹽緩衝鹽水或蛋白酶XIV溶液中降解的RSF膜具有與RSF結晶度相關的降解速率。包含納米羥基磷灰(hui)石(shi)(nHA)的RSF薄膜也被打印了。由於反應性噴墨打印可以控製RSF的結晶度，從而控製其降解率，並提供結合生物活性nHA夾雜物的能力，因此反應性噴墨打印被認為是RSF加工和牙(ya)科屏障膜生產的合適替代方法。（上圖為RSF薄膜的光學顯微鏡照片：（a）100%、（b）75%、（c）66%、（d）50%、（e）33%和（f）25%。每張膠片旁(pang)邊(bian)都有一張放大倍數更高的膠片照片。箭頭用於突(tu)出顯示更高放大率照片中的裂(lie)縫。）
噴墨打印是一種有效的支架成型方法，該技術在神經組織工程精密支架的製備中具有很大的應用前景。周圍神經損傷占世界創傷損傷的2.8%，主要是擠壓、穿刺、牽引、電擊和振(zhen)動損傷，這些傷害影響到全世界數以百萬計的人，導致人們的預期壽命縮短並增加社會和經濟負擔(dan)。雖然受傷的神經有再生的能力，但需要外部治療幹預以確保適當的愈合，因此，用於引導神經細胞附著、排列和增殖的工程神經支架的研製受到了大的關注。英國謝菲(fei)爾(er)德大學化學與生物工程係招(zhao)秀(xiu)伯教授課題組，利用一種自組裝肽作為細胞吸引劑，並以再生絲素（RSF）作為排斥劑，利用Inkjet噴墨打印技術對神經元PC12細胞進行圖形化處理，來指導神經元細胞的生長。(Jetlab 4-xl, MicroFab）
“基於噴墨的骨形態發生蛋白-2生物圖譜在空間上控製顱骨骨形成”研究的目的是利用生物噴墨打印技術（MicroFab）證明體外成骨細胞分化和體內骨形成的空間控製，並在微孔支架內固定化骨形態發生蛋白-2 (BMP-2)及其修飾劑，創建三維持久的生物墨水模式。在圓(yuan)形DermaMatrix™人類同種異體移植支架構建物中打印半圓形BMP-2圖案。構建體的對側(ce)半部分未打印或打印了BMP-2修飾劑，包括BMP-2抑製劑noggin。使用熒光或125i標記(ji)的生物墨水驗證打印的生物墨水圖案保留(liu)。小鼠C2C12祖(zu)細胞以劑量依賴的方式向BMP-2模式的成骨細胞分化。與沒有noggin的模式相比，BMP-2和noggin模式之間的成骨細胞分化空間限製的保真度提高。然後將類似BMP-2和noggin模式的脫細胞皮膚基質構建物植入小鼠顱(lu)骨缺損模型。體內骨形成的模式與體外成骨細胞分化的模式反應相當。這些結果表明，生長因子和生長因子修飾劑的三維生物圖譜可以指導體外細胞分化和體內組織形成。（2010）
"纖維蛋白直接細胞組織固定化FGF-2的工程空間模式"研究的目的是探索細胞對噴墨打印的生物固定在仿生基質上的激素空間圖案的行為反應。卡內基梅隆大學相關研究團隊以體外成骨前細胞對纖維蛋白膜上打印的成纖維細胞生長因子-2 (FGF-2)的反應為例，研究了這種方法。FGF-2的濃度調製模式，包括連續的濃度梯(ti)度，是通過用定製的噴墨打印機（MicroFab）疊印稀釋的FGF-2生物墨水創建的。固定化的FGF-2具有生物活性，在細胞培養條件下打印的圖案可持續10天。細胞數量從最初的隨機均勻細胞分布在有圖案和無圖案的纖維蛋白底物上增加到印刷圖案。模式化固定FGF-2，而不是細胞附著指導細胞組織，因為纖維蛋白底物是均勻的。設計任意和持久的激素模式的能力與包括發育(yu)生物學和組織再生在內的各個領域的基礎(chu)研究有關。此外，由於這種激素噴墨打印方法可以擴展到創建複雜的三維結構，因此這種方法有可能為使用外源激素的空間模式傳遞的組織工程創造治療方法。(2005)
在含有抗(kang)菌和抗凝物成分代表了一種保持合成材料“清潔”免受不利生物活動影響的有吸引力的方式。主要的表麵“汙染物”是微生物膜和血液凝固，兩者不僅影響內部或外部設備的性能，而且常常對患者產生不利影響。為了同時抑製微生物膜的形成和含有鏈黴親和素(STR)的表麵血液凝固多功能組件–生物素 生物偶(ou)聯物是在聚（四氟(fu)乙烯）（PTFE）表麵上開發的。使用 STR 共軛(e)生物素- 功能化 PTFE 表麵，空間可控微觀 -圖案化通過將生物素化聚乙二醇(B-PEG)接枝到COOH改性聚四氟(fu)乙烯(MA-PTFE)上，然後對生物素化氨苄青黴素 (B-AM) 和生物素化聚四氟(fu)乙烯進行噴墨微打印（MicroFab Jetlab 4噴墨打印係統）肝素(B-HP) 分子。這些表麵同時表現出抗菌和抗凝物由“抑製區”和抗凝物測量。定量光譜分析顯示，PTFE上COOH基團所需的表麵密度為 2.94 × 10 -7 g cm -2，B-PEG 和 STR 密度為 9.2 × 10 -8 g cm -2和 3.5 × 10 -8 g cm -2分別足以實現同時抗菌和抗凝物回應。這些研究還表明，去除STR所需的力–生物素連接到PTFE表麵的綴(zhui)合物通過以下方法測量原子力顯微鏡約為1090pN，從而提供理想的表麵機械穩定性。(2013)
相關研究團隊使用微反應噴墨打印實現了獨立式3D水凝膠微結構。反應噴墨打印作為一種多材料製造工藝具有廣闊(kuo)的前景，因為它具有定製化、小型化和準確控製用於圖案化的液滴的獨特優勢。對於水凝膠結構的噴墨打印，將水凝膠前體（或交聯劑）打印到交聯劑（或前體）浴(yu)或基材上。然而，使用噴墨打印技術對複雜水凝膠結構進行圖案化和設計的進展受到凝膠化和運動控製之間不穩定相互作用的限製。因此，通過使用海藻酸鹽作為模型係統，應用微反應噴墨打印(MRIJP)(配備有2個直徑60μm的MJ-ATP-01噴頭)來展示水凝膠微結構的自發3D打印。此外，用於MRIJP技術的毛(mao)細管數-韋伯數內的可打印窗(chuang)口證明了速度對實現空中二元液滴碰(peng)撞的重要性。最後，係統分析表明，隨著時間的推移，水凝膠的結構和擴散係數是影響打印水凝膠形狀的重要因素。基於對水凝膠MRIJP的這種基本理解，可以控製水凝膠的製造過程和結構，並適用於任何低粘度(＜40cP)反應油墨的2D/3D微結構打印，具有代表性的組織模擬結構是在這項工作中提出的〜200μm直徑的空心管。
使用噴墨打印機進行生物打印微血管。中間圖：共聚焦圖像顯示由含有熒光珠的膠囊形成的藻酸鹽管，顯示管是空心的。右圖：微血管的共焦z堆(dui)棧重建。β-連環蛋白（綠(lv)色）和 DAPI（藍色）。插圖顯示了微血管的橫截麵。（MJ-AB-01–080, MicroFab）
Yong Huang博(bo)士的團隊在佛羅裏達大學蓋恩(en)斯維爾分校和MicroFab Technologies之間的 NSF GOALI合作下所做(zuo)的工作出現在增材製造的第31卷中。該研究題為“液體吸收係統輔(fu)助交叉噴射打印活性生物材料的軟結構”。這種用於生物3D打印的新方法避(bi)免了在沉積前預先混合反應成分。通過使用兩個相交的噴射打印，分別分配的活性材料，在空氣中相互碰撞和混合，然後降落在先前沉積的層上。使用海藻酸鈉和氯化鈣墨水的交叉(cha)噴射打印，成功打印了不同的3D結構，實現了2.5高徑比。這種打印技術在打印3T3細胞時不會影響打印後的細胞活力，展示了其在生物打印應用中的巨大潛力。
在生物傳感領域，噴墨打印代表一種低成本圖案化的製備工藝，該技術可用於製備SERS基底。意大利都靈理工大學Novara教授課題組曾利用Jetlab 4xl壓電噴墨打印機，成功開發出高性能的表麵增強拉曼基底，其對染料分子的檢測限可達皮摩(mo)級。利用位於顆粒之間的熱點區域獲得了巨大的拉曼增強效果（EARE>108）。（上圖為多孔矽上的銀納米顆粒圖案。圖案化樣品的FESEM圖像。顯示了噴墨步長對條紋均勻性的影響：(1) 130 dpi、(2) 260 dpi、(3) 1,000 dpi 和 (4) 1,300 dpi。）
通常來說，創傷性損傷往往會導致神經組織的丟(diu)失，臨床醫生隻能從患者身體其他部位取得部分神經，以修複更嚴重的神經缺損。雖然自體神經移植成功率達80%，但仍會對患者造成創傷。目前，組織工程師(shi)發現，采取人工方法（如，生物可吸收神經引導導管）促進神經再生可有效減少損傷。生物可吸收神經導管法將近端和遠端神經殘端在導管內縫合，優化創傷部位的生長條件，以促進神經再生。另外，由於導管在修複完成後被人體吸收，不需要手術移除。 噴印技術作為神經組織的修複再生提供了新思路，將噴墨技術應用於生物可吸收神經導管法可做到以下幾點： （1）管道內壁與外側均有塗層; （2）導管中裝入噴墨分液單元; （3）可將噴墨噴藥微球裝入導管； 為更好的使用噴墨技術進行導管打印，進行了相關調整，包括：1）將桌麵版本的JetLab係統連接到無菌的組織培養罩上；2）運動台和金屬固定裝置的尺寸進行了調整，以保證氣流在發動機罩內暢(chang)通無阻；3）在電子電路中引入熱電偶與溫度控製器反饋回路耦合，控製印刷基板的溫度；4）增加了一個旋轉軸，允許芯軸在打印過程中旋轉。 噴墨方法具有高精度的特性，使人們能夠創建和控製管道材料中的蛋白質量或梯度，以及管道表麵紋理和物理尺寸。組織工程工作站(zhan)的打印程序可以準確控製沉積的準確點，分辨率為0.2 mm。
卡內基梅隆大學的研究人員開發了一種3D打印微型冰結構的方法，該方法可用作犧牲模板，在其他部分形成複雜的通道。這種“由內而外”的3D打印過程涉及將水滴噴射到定製平台上，在 -31°F 的溫度下著陸(lu)時能夠將其凍結。然後可以將這些光滑、無支撐的冰雕浸泡在樹(shu)脂中並固化，以將它們融化，留下具有複雜內部通道的零件。該技術未來可廣泛用於先進製造業和生物醫學工程。（上圖為：自由形態的冰打印（3D-ICE）。A) 定製的3D打印係統及其主要部件，包括冷卻係統、運動台、壓電噴嘴。B) 壓電噴墨噴頭（MicroFab，直徑=50微米）用於將水滴噴射到保持在-35°C的冷構建平台上。構建平台的平麵（X-Y）運動與水滴排放同步進行，以打印複雜的冰的幾何形狀）（2022）
感染的空氣傳播依賴於病原體在宿(su)主之間傳播時在氣溶膠運輸中存活的能力。了解決定空氣傳播微生物存活的參數對於減輕(qing)疾病爆發的影響至關重要。用於體外研究生物氣溶膠壽命的傳統技術具有係統性限製，無法準確表示這些顆粒在自然環境中會遇(yu)到的條件。相關研究團隊報告了一種新方法，可以對生物氣溶膠存活率作為相關環境條件的函數進行穩健(jian)的研究。該方法使用按需液滴技術（MicroFab的MJ-ABP-01噴頭，孔口直徑30μm）來生成具有定製化學和生物成分的生物氣溶膠液滴（每次試驗1到100個以上）。這些液滴陣列被電動陷阱(jing)捕獲並懸浮在受控環境室內。然後在所需的懸浮時間（小於5秒到大於24小時）後將液滴沉積在基板上。隨後可以通過在沉積後24小時計算菌落形成單位來確定細菌對霧化的反應。在第一項研究中，由初始半(ban)徑為27.8±0.08µm 的大腸杆菌MRE162細胞 (108ml-1) 懸浮液形成的液滴在30%的相對濕度下產生並長時間懸浮。在延長至1小時的時間段內測量存活率的時間依賴性。研究人員證明這種方法可以直接研究空氣生物學、大氣化學和氣溶膠物理學之間的界麵，以確定可能影響空氣傳播病原體存活的因素，目的是為公共衛(wei)生和生物防禦應用製定感染控製策略。上圖(a)是CELEBS（受控電動懸浮和提取生物氣溶膠到基質）裝置主要組件的展開圖。(b)是CELEBS操作示意圖。(c,d)是相同生物氣溶膠群體懸浮和初始沉積的連續特寫圖像。與由施加到環形電極的交流波形驅動的液滴的振蕩(dang)運動相比，由於相機的快門速度較慢，懸浮液滴顯示為線條。
了解影響氣溶膠中SARS-CoV-2等病毒在空氣中存活的因素對於確定傳播途徑以及各種緩解策略對預防傳播的價(jia)值非常重要。布裏斯托(tuo)大學相關研究團隊使用一種新型儀器在5秒到20分鍾(zhong)的時間範圍內測量SARS-CoV-2在氣溶膠液滴（約(yue)5-10µm平衡(heng)半徑）中的穩定性，以探測少量液滴（通常為5-10）含有∼1個病毒/飛沫(mo)。空氣傳染性變化的測量與含有病毒的空氣飛沫(mo)的詳細物理化學分析相結合。在20分鍾內觀察到SARS-CoV-2的傳染性降低至起始值的10%，其中大部分損失發生在霧化後的前5分鍾內。發現最初的傳染性損失率與平衡液滴的物理轉變有關；液滴中的鹽在RH低於50%時結晶，導致50-60%的病毒幾乎立即喪失傳染性。然而，在90% RH下，液滴保持均勻和水性，並且病毒穩定性在前2分鍾內保持不變，在此之後，它會在10分鍾後衰減至10%保持傳染性。在高RH下傳染性的喪失與液滴的pH值升高一致，這是由液滴內的碳酸氫(qing)鹽緩衝液中的CO2揮發引起的。比較了SARS-CoV-2的三種不同變體，發現在高相對濕度和低相對濕度下都具有相似程度的空氣傳播穩定性。 （上圖為實驗方法。(A) 當空氣中的水滴與周圍的相對濕度平衡時發生的物理變化示意圖。在左側（藍色框），顆粒是水性均勻球體。當顆粒平衡到低於飽(bao)和的RH時，低溶解度的溶質會沉澱(dian)出液滴內的夾(jia)雜物（黃色框(kuang)）。在足夠低的RH下，主要溶質 (NaCl) 會結晶，導致顆粒風化（黑框）。(B) CELEBS技術示意圖。含有病毒的顆粒在受控條件下懸浮，然後沉積到培養基中，然後將其鋪板到細胞培養物上。通過枚(mei)舉該沉積物的細胞病變效應，可以量化存在的病毒量。(C) CK-EDB技術示意圖。由CELEBS中使用的相同液滴分配器（MicroFab 皮升級微液滴發生係統）產生的粒子在激光路徑中的受控條件下懸浮。通過分析該粒子散射的光來研究該粒子中發生的物理變化。）（2022）
依據2000年(nian)的美國人口調查報告顯示，全美範圍內約有450萬人患有阿爾茨(ci)海默症，85歲以上的老年人群體中約有一半人患有阿爾茨海默(mo)症，而且，預計2050年患病人口數將進一步攀升至1320萬人，每年阿爾茨海默症患者的直接和間接治療費用達1000億美元，對社(she)會和家庭造成嚴重的影響。阿爾茨海默症的早(zao)診斷早幹預，可有效延遲(chi)疾病的發病，降低治療費用，提升患者滿意度。在對患者的研究中發現，患病初期對氣體的識別能力顯著下降，且嗅覺信息的處理與海馬(ma)體體積之間具有很強的相關性，因此可采用生物體的氣體測試有效檢測阿爾茨海默症的發病。氣體識別測試（UPSIT）是 常見的刮(gua)嗅測試，但是其不能量化嗅覺闕值，且不同濃度溶液的製備較為繁瑣，無法用於疾病的準確預測。 嗅覺測量技術是基於數字(zi)控製的高精度噴墨點膠技術，可精準確定人的嗅(xiu)覺閾值。由於特定氣味的閾(yu)值被確定為非常高的分辨率，且噴墨微分機能夠提供納摩爾數量的氣味每一滴，因此該係統可通過可互換的墨盒來散發多種氣味。通過使用試驗中使用的氣味劑的稀釋劑，該分辨率可以延長到單滴分配。MicroFab嗅覺檢測由壓電驅動的微分配裝置組成，將少量氣味源分配到加熱元件上，揮發油通過非常低的氣流傳遞給測試者。嗅覺計帶有一個配備微處理器的控製框、液晶顯示屏和操作按鈕(niu)，具備下載測試數據的能力。檢測時，將控製器預先編程，以對數遞增的步進下降計數，並確保測試者在試驗之間有足夠的恢複時間。實驗選用了一種玫(mei)瑰氣味劑(苯乙醇)，因為它能選擇性地刺激嗅覺腦(nao)神經而不影響鼻內三叉神經末梢。另選用檸(ning)檬氣味劑(檸檬提取物)進行實驗，因為它會刺(ci)激三叉神經。第一次試驗中，小劑量的氣體（12.06 nl）傳送至測試者的輸入氣流中。在隨後的試驗中，對數衰(shuai)減的氣味量(09nl~102.5nl)被釋放在等量的空氣中，並且由測試者報告是否聞(wen)到另一種氣味。實驗發現，MicroFab的嗅覺檢測針對玫瑰(gui)氣味劑(苯乙醇)和檸檬(meng)氣味劑(檸檬提取物)兩種氣味，檢測靈敏度高，且發現阿爾茨海默症患者的嗅覺閾值（89.02nl和74.34nl）明顯高於帕(pa)金森(sen)氏(shi)症患者（23.08nl和74.34nl）。
通過改變每個位置沉積的流體量獲得的正交梯度。每個點的流體體積沿(yan)箭頭方向增加。（MicroFab）
在“直寫微孔聚合物結構——打印、捕獲和釋放”的研究中，英國劍(jian)橋大學相關研究團隊展示了一種突破性的流體對流體模板方法，該方法能夠快速製造功能性、結構化的聚合物薄膜，使這些應用變得可行和可擴展。在主體內或彈性體基質表麵上擠出流體已被開創性地以顯示以宏觀模式捕獲和控製功能材料的能力。受BF方法的啟發，研究團隊利用按需噴墨 (DoD) 噴墨打印的高度可控、可調節、直接寫入優勢，將微米級液滴可控地打印到流體表麵，如圖所示。表明，與最初的BF方法相比，該工藝提供了更高的穩定性、更好的聚結控製、對液滴堆積的新控製以及將結構壓印到無溶劑生物相容性交聯聚合物材料中的能力。功能材料打印（如圖 (b) 所示）意味著可以顯著改善圖案化並擴大功能材料傳遞到聚合物薄膜、捕獲和釋放聚合物薄膜的範圍（圖 (c)），並且可以很好地控製孔體積或結構（圖（d）和（e））適用於廣泛的應用。
藥物遞送應用已經出現在通過透皮貼劑遞送活性成分方麵，該貼劑可以維持藥物的長時間釋放以達到 佳血液濃度。通過皮膚的藥物輸送受到皮膚外層的強屏障特性的限製，因此貼片配置配備了微針。這些微針已被采用以微創和無痛的方式將藥物輸送到屏障層。不同的綜述微針配置表明它們可以具有圓柱形、圓錐形和金字塔(ta)形，並且可以是中空的，形成可以裝載藥物的口袋。外部尺寸範圍為0.2至0.5mm，內部尺寸範圍為0.1至0.26mm。活性成分（藥物、DNA、蛋白質或任何其他生物活性分子）可以塗在微針的外表麵上或沉積在微針中微針的中空區域，可以作為藥袋/儲液器。儲存器方法更有吸引力，因為它可以防止藥物在插入皮膚過程中被擦(ca)掉。將藥物加載到微針上僅限於浸(jin)塗。隻要所有的針頭都塗有相同的溶液，這個程序是可以接受的。也可以通過浸塗填充針的中空部分，但會產生不均勻的負載。由於微針的尺寸、形狀和分布，使用噴墨填充也非常適合該應用。除了每個針的活性元素的準確劑量外，噴墨的另一個好處（通過單獨的靶向）是每個微針可以定製填充不同數量甚至不同的藥物。上圖描繪了通過噴墨（MicroFab的Jetlab Ⅱ噴墨打印係統）填充含有熒光染料的聚合物溶液的錐形孔的圖片。這些孔是圓錐形的，頂部直徑為90μm，底部直徑為30μm。沉積的溶液量從上到下增加，熒光染料溶液分配在奇數行（第1行14滴，第3行12滴，第5行8滴）。因此底行中染料的強度更高。
蛋白質的噴墨打印在20世(shi)紀80年代初得到證實。在一項應用中，抗體的圖案被印在膜上，通常是硝(xiao)化纖維素，膜上結合了用於診斷分析的抗體。該圖顯示了Abbott的妊(ren)娠指示劑 TestPack，它使用由MicroFab Technologies開發的雙流體連續噴打印係統打印了兩種抗體（通常是ßHCg和一種對照）的硝化纖維素。Abbott TestPack也可用於鏈球菌和藥物濫用測試。
相關研究團隊報告了一種利用表麵等離子體共振色散作為一種機製來為薄膜分子薄膜成像提供多色對比度的技術。由於表麵等離子激元的激發和對源光特定波長的吸收，在Kretschmann配置中用p偏振白光照射金表麵會產生不同的反射顏色。此外，這些顏(yan)色會隨著分子薄膜的形成而變化。該過程代表了一種簡單的檢測方法，用於區分傳感器應用中不同厚(hou)度的薄膜。例如，該研究團隊研究了由商用按需化學噴墨打印機（Jetlab Ⅱ高精度噴墨打印係統）形成的蛋白質微陣列。用這種方法很容易檢測到測試蛋白質（牛血清白蛋白）的亞單層膜。色散關係和吸光度靈敏度的分析說明了該係統的性能和特點。在紅色波長與表麵等離子體耦(ou)合的角度處實現了更高的檢測靈敏度。然而，當入射角使得較短的波長與表麵等離子體耦合時，對比度和空間分辨率就(jiu)會得到改善。簡化的光學器件與強大的微陣列打印平台相結合，用於證明該技術作為一種快速、多功能、高通量工具的適用性，可用於吸附薄膜和大分子的無標記檢測。
從2D PAGE凝膠轉移的PVDF膜上的柯(ke)馬西藍染色蛋白質。左邊的插圖顯示了已經用胰(yi)蛋白酶的噴墨（MicroFab）微沉積處理的點（直徑200-300μm），以獲得對感興趣的蛋白質點的微量消化。然後在微尺度消化完成後，將基質材料噴墨微沉積到點上。然後將蛋白質印跡轉移到 MALDI-TOF質譜儀中，在肽(tai)質量指紋識別過程中進行分析，以進行蛋白質鑒定。也可以以類似的方式對感興趣的蛋白質點進行多重內蛋白酶消化。使用第二種蛋白酶不僅獨立地確認(ren)了蛋白質身份，而且組合的肽質量指紋增加了序列覆蓋率。
膜蛋白的結晶篩選通常無法產生衍射質量的晶體。結晶膜蛋白的困難可歸因於窄的亞穩態溶解區域和純(chun)化蛋白的稀缺。這些問題的解決方案是使用更小的篩選體積來減少蛋白質消耗，從而 大限度地提高晶體生長條件下的采樣效率。噴墨分配是一種可靠地輸送從皮升到微升的小體積的技術，後者是通過吸積來實現的。MicroFab的晶體篩選平台可在微批量和蒸汽(qi)擴散模式下操作，以提供實驗靈活性。已經開發了一種八通道抽吸和分配模式，用於沉積體積從皮升到100納升的結晶/沉澱劑溶液。一次性噴墨分配器用於將蛋白質溶液疊印到結晶/沉澱劑液滴中。在新型蛋白質-配體複合物共結晶研究和小體積比篩選過程中，疊印可以將超低體積液滴添加到較大液滴中。該平台包括板封口機、冷凍結晶板架和溫度/環境控製。MicroFab的這一平台的操作已在結晶篩選實驗中使用對照和膜蛋白進行了證明。
噴墨打印（MicroFab）的酶驅動絲基微型火箭能夠在各種流體環境中進行自主運動，包括人血清等複雜介質。通過數字噴墨打印，可以簡(jian)單地改變催(cui)化劑分布並產生這些微型火(huo)箭的不同軌跡(ji)行為。這些微型火箭(jian)由含有酶的絲質支架製成，具有高度的生物相容性和非生物汙染性。
在"噴墨打印的基於肌(ji)紅蛋白的H2S傳感器"的研究工作中，開發了一種生物基傳感器，可以顯示與H,S反應時的視覺顏色變化。采用壓電噴墨打印技術（MicroFab Jetlab 4xl）在殼聚糖基膜上固定肌紅蛋白。測定了殼聚糖和肌紅蛋白的波形參數、滴距和層序。所製備的傳感器在不同濃度的H、S環境下表現出明顯的顏色變化。四層結構的色差 大，靈敏度為14.42 ~ 17.28，在室溫下保存5天，功能穩定。總(zong)的來說，研究工作的結果表明，壓電噴墨打印可以成功地用於肌紅蛋白新鮮度指標的製備。作為未來的工作，傳感器/指示器可以使用工業噴墨打印頭製造，直接安裝在肉(rou)類包裝生產線上，以便在密封包裝之前將指示器製造到包裝材料上。（2021）（上圖為兩層殼聚糖(C1, C2)打印成5mm x 5mm正方形的形狀。上左圖，單層；上右圖雙層）
金屬納米粒子的熱等離子體效應產生的局部熱量在生物醫學工程研究中具有巨大的潛力。使用噴墨打印對納米顆粒進行準確圖案化可以以良好控製的方式（形狀和強度）應用熱等離子體效應。然而，缺少普(pu)遍適用的噴墨打印工藝，該工藝可以很好地控製具有良好生物相容性的納米顆粒的圖案化和組裝。在“用於圖案化神經調節(jie)的噴墨打印生物功能熱等離子體接口 ”的研究中，相關研究團隊開發了一種基於噴墨打印（MicroFab, MJ-AT 01）的生物功能熱等離子體界麵，可以調節生物活動。他們發現，通過誘(you)導接觸線釘(ding)紮和靜電輔助納米粒子組裝，在聚電解質逐層基板塗層上噴墨打印等離子體納米粒子能夠在各種基板（剛性/柔性、疏水/親水）上實現高質量的生物相容性熱等離子體界麵。研究人員通過實驗證實，噴墨打印的熱等離子體圖案產生的熱量可以在大麵積上以微米分辨率應用。最後，研究團隊證明了噴墨打印的金納米棒的圖案化熱等離子體效應可以選擇性地調節神經元網絡活動。因此，這種噴墨打印工藝可以成為各種生物工程應用中生物功能熱等離子體界麵的通用方法。
為了在PEN基板上的金焊(han)盤和PCB基板上的金焊盤(pan)之間建立連接，開發了兩種獨立的技術。第一項技術涉及使用噴墨打印導電油墨來定義通孔。第二種技術使用引線鍵合。上圖描繪了PEN MEA的噴墨打印封裝工藝示意圖（噴墨打印工藝流程：(a)將PEN生物傳感器“芯片”連接到 PCB；(b)PEN的紫外激光微加工以形成通孔；(c)通孔的噴墨打印。製造結構(d)的光學和SEM顯微照片描繪了在頂部之前和在底部噴墨打印之後的通孔。）。第一步是定義PEN基板中的過孔。通孔定義是利用紫外激光微加工完成的。在此特定步驟中使用了工作在248nm的準分子激光器。它是這種工藝的絕(jue)佳工具，因為它可以用來選擇性地燒蝕在厚金屬上停(ting)止的PEN。在該過程中使用了頻率為90Hz的200mJ激光脈衝。此外，使用1000個50%透射率的脈衝來燒蝕(shi)PEN材料。一旦通路被燒蝕，研究團隊就使用了MicroFab的Jetlab II噴墨打印係統，它是一種桌(zhuo)麵噴墨微點膠裝置，非常適合非接觸式打印多種材料，包括導電環氧樹脂。 UTDAg導電銀納米墨水用於此打印過程。研究團隊以600Hz的頻率打印50個點/通孔的UTDAg納米墨水，以通過PEN基板的厚度（約125µm厚）實現導電性。上圖d描繪了打印路徑的光學和SEM顯微照片。使用此配方，研究團隊能夠為在此過程中開發的每個設備實現約85%的互連電導率。
維克森林再生醫學研究所相關研究團隊開發了一種基於像素的藥物釋放係統，該係統由幾個微型藥筒(tong)組成，能夠釋放準確的劑量並將藥物保持在治療窗口內。為了實現考慮靶向劑量的個性化藥物的目標，可以使用單個或多個微型藥筒來釋放藥物。此外，具有單個像素的延時釋放級聯可以將藥物保持在治療窗口內，同時延長其活性持續時間。為了獲得高質量、劑量控製和準確給藥，需要準確預測每個微型藥筒釋放的藥物量。因此，可以優化特定時間內的總釋放量和所涉及的微型藥盒的數量。研究團隊建立了一個模型，將他們的電壓觸發藥物釋放係統類比為電容器，並以數學方式確定每個微型藥筒的釋放量。該模型預測該過程可以使用指數函(han)數進行擬(ni)合。指數擬合的特征時間用於推導每種藥物要校準的預測公式。該團隊已經表明，校準後，可以預測每個微型藥筒的不同藥物和各種初始負載的釋放；因此，可以根據每個患者的需要實現劑量釋放。（上圖為使用MicroFab的Jetlab噴墨打印係統噴墨打印的微型藥筒，包括電活性層和藥物，位於透明導電表麵上，用於創建基於像素的藥物釋放係統）
可溶性微針（DMN）貼片是用於經皮遞送疫苗的新型劑型。DMN通常通過將液體製劑分配到微針形模具中來製造。然後幹燥模具內的液體製劑以產生可溶解的載有疫(yi)苗的微針。分配過程的精度對於控製裝入每個可溶解微針結構的製劑體積至關重要。所采用的分配過程必(bi)須保持疫苗(miao)的完整性。分配配方對模具表麵的潤濕也是製造尖頭DMN的重要考慮因素。尖端的DMN對於易於經皮給藥至關重要。在“使用壓電點膠技術製造可溶解微針”的研究中展示了壓電分配係統（MicroFab定製）將picolitre配方體積分配到PDMS模具中的能力，從而能夠製造雙層DMN。描述了配方成分（海藻糖和聚乙烯醇 (PVA) 含量）和壓電驅動參數（電壓、頻率和背(bei)壓）對液滴形成的影響。研究了分發後季(ji)節性流感疫苗的生物完整性，並保持了30V的電壓設置，但在50和80V的較高設置下受到破壞。結果證明了壓電分配技術（MicroFab）能夠準確製造雙層DMN。他們還強調了確定配方和驅動參數以確保可控的液滴配方和疫苗穩定性的重要性。（通過壓電點膠步驟製備雙層DMN：確定了驅動參數和液體配方的組合，產生穩定的單分散液滴流並保持疫苗完整性，壓電分配被評估為雙層DMN製造中的一個步驟。為了證明壓電點膠技術可以為DMN製造帶來準確控製，通過將 30% (w/v) 海藻糖（含和不含 1% (w/v) PVA 的配方）噴射到模具中以製造DMN尖端來製造雙層DMN（上左圖，上右圖)。剛果紅被添加到這些配方中，以使尖端配方與製造的DMN中的背襯層形成對比。通過控製分配到模具孔中的液滴數量來製造具有不同尖端體積的雙層DMN。在分配尖端形成和幹燥後，添加背襯層並從模具中取出 DMN。）（2015）
在“僅在DNA微針頂端裝載藥物的有效配藥方法”的研究中，研究人員開發了一種基於初始真空時間的有效分配方法來製造含有藥物的DNA微針。半幹燥可以很好地抑製FITC頂端的擴散，從而使FITC僅裝載到微針上，從而減少藥物的損失。在DNA微針的頂端製備了不同分子量的FITC -葡聚糖，以驗證該方法的適用性。擴散的數值模擬解釋了基於DNA溶液麵對固化藥物模型的反擴散現象的重要性。在有和沒有初始真空步驟的情況(kuang)下，分析了載藥的分布。最後，使用MicroFab的微噴射係統，將精確數量的藥物裝載到微針中。通過調節電壓，保持滴藥穩定的直線度，確認藥物裝入模具，同時藥物體積可以從納米到微體積進行調節。研究團隊用1000滴的方法在DNA微針的頂端裝載了少量的FITC。研究人員相信這種新的抗擴散技術和精確的微噴射方法將在多個方麵有利於微針的製造，包括皮膚穿透深(shen)度，精確的藥物裝載，以及防止針尖的藥物在藥物傳遞過程中的損失。該方法改善了藥物分布，並大限度地減少了微針藥物輸送係統中的藥物損失。（2020）
白內障仍然是世界上視力受損的主要原因。超聲乳化手術是 常用的有效治療策略。然而，盡(jin)管手術成功，術後後囊膜混濁 (posterior capsule opacification, PCO) 仍可導致繼發性視力喪失。PCO發生在20-40%的成人手術患者中，發生在手術後的前兩年內，而在兒科患者中的發生率幾乎達到100%。由於額外的經濟負擔，PCO對生活在發展中國家的低收入和無保險患者也有更嚴重的影響。因此，探索一種安全有效的PCO預防策略至關重要。浙江大學相關課題組在“吲(yin)哚美辛洗(xi)脫(tuo)人工晶狀體通過自噬激活預防後囊混濁”的研究中，設計並構建了一種基於超聲(sheng)噴塗技術（RUIDU 超聲霧化噴塗係統）的INDOM洗脫人工晶狀體（INDOM-IOL）。采用可降解聚（乳酸-乙醇酸共聚物）（PLGA）作為塗層，在晶狀體囊中直接持續釋放INDOM以預防PCO（方案 1）。對新型IOL的安全性和藥物釋放特性進行了嚴格評估。此外，研究團隊還研究了INDOM對LEC中EMT和自噬介導的遷移和增殖的影響，並建立了兔PCO模型來評估INDOM-IOL的預防效果。這項工作證明了INDOM-IOL作為藥物幹預的有效性，並為臨床PCO預防帶來了有希(xi)望的策略。（2022）
白內障是導致視力障礙的主要原因，而後囊膜混濁（PCO）是現代白內障手術 常見的遠期並發症，可導致術後嚴重的視力障礙。生長因子和細胞因子刺激殘(can)留晶狀體上皮細胞（LECs）的增殖、遷移和上皮間質轉化（EMT）是PCO發生發展的關鍵病理機製。浙江(jiang)大學相關研究團隊在“溴芬酸緩釋藥物洗脫人工晶狀體治療後囊膜混濁”的研究中，表明，非甾體抗炎藥（NSAID）溴(xiu)芬酸能夠有效抑製細胞遷移、EMT標誌物的過度表達，如纖連蛋白（FN）、基質金屬蛋白酶2（MMP2）、α-平滑肌肌動蛋白（α-SMA）和轉錄因子Snail，體外。溴芬(fen)酸對 TGF-β2 誘導的 EMT 的抑製作用也在使用人前囊的原代晶狀體上皮細胞模型上得到驗證。此外，基於超聲波噴霧技術（RUIDU 超聲霧化噴塗係統），研究團隊開發了一種藥物洗脫人工晶狀體（IOL），該人工晶狀體使用具有持續溴芬酸釋放能力的聚乳酸-乙醇酸共聚物 (PLGA) 來預防PCO的發展。在兔(tu)白內障手術模型中，溴芬酸洗脫人工晶狀體表現出顯著的PCO預防和炎(yan)症抑製作用，具有優異的生物相容性。總之，溴芬酸可通過ERK/GSK-3β/Snail 信號(hao)傳導抑製TGF-β2誘導的細胞遷移和LEC的EMT。本研究提供了一種通過基於PLGA的藥物緩釋IOL預防PCO的新方法。（2021）
在“Direct Writing of Polymeric Coatings on Magnesium Alloy for Tracheal Stent Applications”的研究中，北(bei)卡羅萊納農工州立大學相關研究團隊研究了在鎂(mei)合金表麵沉積多層可生物降解聚合物塗層的直寫噴墨方法（使用定製的直寫噴墨裝置MicroFab Jetlab 4）。對聚乳酸-乙醇酸共聚物 (PLGA)、聚己內酯 (PCL) 和聚酯氨基甲酸酯脲 (PEUU) 塗層進行了浸泡研究，以根據不同樣品的不同降解特性確定其腐蝕行為。使用電感耦合等離子體光譜，從聚合物塗層樣品中觀察到鎂離子濃度的降低，這表明與未塗層的鎂基材相比，腐蝕速率較低。通過分別評估(gu)炎症和毒性的關鍵生物標誌物環氧合酶 2 (COX-2) 和乳酸脫氫酶 (LDH)，研究結果還顯示了鎂離子的釋放與完全分化的正常人支氣管上皮 (NHBE) 細胞的健康之間的相關性. COX-2 基因表達的誘導與鎂暴露的增加成正比。此外，基於 NHBE 細胞的良好響應，未包覆和 PCL 聚合物包覆樣品釋放的較高鎂含量導致 LDH 活性降低。 PEUU 和 PLGA 聚合物塗層提供了良好的阻隔層腐(fu)蝕保護(hu)。本研究評估候選聚合物塗層作為治療劑和阻隔層的來源，以控製用於氣管應用的鎂合金的腐蝕。（上左圖：環氧樹脂澆注鎂合金的沉積模式示意圖，單個塗層由沉積光柵(shan)圖案的液滴組成，以形成重疊的線圖案，以均勻地塗覆樣品的所需基材區域；上右圖：在不同的時間點，塗覆PCL聚合物的樣品在Mg-NHBE細胞界麵上有氣體釋放。）（2014）
心血管手術中，為避免動脈再狹窄，通常使用由金屬或合金製成的支架送入體腔，擴張後與管腔壁(bi)貼合，起到支撐(cheng)血管的作用。通常，為預防並發症的產生，需要對支架進行藥物塗層處理。常見方法有浸泡、超聲波噴塗、氣體噴塗等，然而，藥物的濃度、分布等無法得到有效控製。 基於Inkjet的支架噴塗技術，具有射流中液滴的可控和可再生優勢，同時可將射流準確地引導到設備表麵的位置，且具有以下優勢：（1）可進行多層藥物和溶液的塗層，每一層可使用不同的藥物和溶液；（2）支架不同位置的局部密度和厚度可控；（3）藥物沉積僅在支架表麵，避免支架斷裂進入血液中；（4）噴墨技術由軟件數據控製，可針對不同的支架模型進行多次轉換。 MicroFab已成功製備了與實際支架尺寸相匹配的模型支架，這些帶有菱(ling)形細胞的模擬支架可用於打印/塗層試驗。可以通過在噴墨顯微分配器下協調移動支架來覆蓋模擬支架，並通過連續移動支架(旋轉和軸向移動)，根據所需的點對點間距產生液滴，“即時”打印完成。在噴塗過程中，支架作旋(xuan)轉和軸向運動，非常微小的藥物液滴按設定的要求由噴頭射至支架表麵而形成塗層。 研究表明，將100ug藥物(一個小支架的典型劑量)程序化靶遞送到試管中，給劑量的標準偏(pian)差(SD)為0.6ug。在137ug劑量下，在1.8ug SD的塗層上噴射，支架管顯示了100%的捕獲效率。而且研究發現，連續噴射製備的支架可產生達91%的效率，變異係數低至2%，相比於傳統的噴霧效果提高了10倍(bei)以上。
采用MicroFab Inkjet噴墨打印裝置和方法，使用非諾(nuo)貝(bei)特、專有聚合物和藥物包覆心血管支架，在按需滴式噴射模式下進行打印，即流體保持在環境壓力下，使用壓電換能器進行液滴發生。噴墨打印完成後，采用紫外分光光度法測定支架的載藥效率、藥物噴射後的質量和釋放動力學，並采用高效液相色譜法進行驗證。結果表明，支架管顯示100%的捕獲效率，支架在137mmol/l劑量時效率可達到91%，與傳統的噴霧霧化相比，效率提高了十倍多。因此，MicroFab噴墨打印裝置和方法可有效提高載藥效率，有望成為許多昂(ang)貴藥物噴塗的方法。
采用Ultra-sonic超聲霧化噴塗技術。RUIDU 超聲霧化噴塗係統在冠脈支架上噴塗藥物。
采用Ultra-sonic超聲霧化噴塗技術。RUIDU 超聲霧化噴塗係統噴塗藥物球囊。
采用Ultra-sonic超聲霧化噴塗技術。RUIDU 超聲霧化噴塗係統噴塗導管。
噴墨打印Fe–30Mn可生物降解支架，孔隙率為36.3%。
可生物降解的冠(guan)狀動脈支架有望消除血管重塑(su)後永(yong)久植入材料的不良事件。生物可腐蝕金屬和可生物降解聚合物都已嚐試作為新一代支架的基質。複旦(dan)大學相關研究團隊在“可生物降解金屬-聚合物複合支架在第一次和第二次植入豬(zhu)冠狀動脈後的長期療效”的研究中，利用金屬-聚合物複合材料結合金屬的高機械強度和聚合物可調節降解速率的優點製備了可生物降解支架。在鐵表麵塗覆（RUIDU超聲霧化噴塗係統）聚乳酸（PLA）後，由於PLA水解等導致局部pH值降低，鐵的降解明顯加速。研究團隊將金屬-聚合物複合支架（MPS）植入豬動脈並以相應的金屬支架（MBS）作為對照檢查其在體內的降解。在本研究中，MPS的整體尺寸為Φ3.0x18mm2。利用數碼相機和掃描電子顯微鏡(SEM)觀察所得MPS的大體和局部形貌。在上圖(a)中顯示了MPS擴張前後的照片，可以看到支架一側有一個不透光的金標記(另一個在背麵)。上圖(a)也展示了氣球的膨脹(zhang)照片。更詳細的MPS結構從上圖(b)的SEM圖像中反映出來。細細的支柱、樹冠和鏈接清晰(xi)可見。SEM圖像還表明，聚合物塗層具有良好的力學性能，可以防止膨(peng)脹後的塗層破裂或脫落。（2020）
在“用於心血管支架塗層的可生物降解磷酸膽(dan)堿共聚物”的研究中，證明了MDO為34%、MPC為19%、BMA為47%的共聚物可以通過超聲波噴塗（RUIDU超聲霧化噴塗係統）形成穩定的塗層，並表現出良好的血液相容性、抗粘連性、生物降解性、體內研究揭示了其作為可生物降解支架塗層的應用前景。這項工作提供了一種簡便的途徑，可以將生物降解性添加到基於PC的聚合物中，以用於進一步的生物應用。（2020）
堅固且可生物降解的材料是開發用於介入治療的下一代醫療器械的關鍵。聚乳酸 (PLA) 等可生物降解的聚合物具有可控的降解特性，但其機械強度遠低於某些金屬材料（如鐵）；另一方麵，將鐵的腐蝕速率調整到適合生物醫學應用的時間範圍一直是一個挑戰。複旦大學相關研究團隊通過結合PLA塗層，在臨床所需的時間範圍內實現了體內鐵支架的完全腐蝕，這為稱(cheng)為金屬-聚合物複合支架的下一代可生物降解冠狀動脈支架提供了一種新的生物材料類型。PLA塗層（RUIDU超聲霧化噴塗係統）加速鐵腐蝕的潛在機製仍然是一個開放的基本話(hua)題。在此處，研究團隊在仿生體外條件下研究了PLA塗層下鐵片的腐蝕機製。計算Pourbaix圖（電位與pH值）以呈現仿生水介質中鐵腐蝕的熱力學驅動力。應用電化學方法跟蹤(zong)動態腐蝕過程並檢查影響鐵腐蝕的各種潛在線索。目前的工作表明，PLA塗層對鐵腐蝕的加速主要是由於PLA水解降低了局部pH值，以及減輕了聚合物塗層對鈍化層的沉積。計算Pourbaix圖（電位與pH值）以呈現仿生水介質中鐵腐蝕的熱力學驅動力。應用電化學方法跟蹤(zong)動態腐蝕過程並檢查影響鐵腐蝕的各種潛在線索。（2018）
安徽(hui)大學物理與光電工程學院俞(yu)本立教授團隊使用MicroFab的Jetlab Ⅱ噴墨打印係統在選擇性蝕刻(ke)的光纖端麵進行400pL量子點（QDs）溶液的準確噴墨打印，所製備的新型光纖微探針溫度傳感器（QMP）表現出優異的一致性和熒光穩定性，113pm/℃的溫度靈敏度和良好的重複性，QMP傳感器為熒光傳感器的生產提供了一種新的思路，可以應用於醫療診斷、環境測量和工業生產等各個領域。（2022）
MicroFab噴墨方法具有高精度，因此可有效控製管道材料中的蛋白質量和梯度，以及管道表麵紋理和物理尺寸。目前，MicroFab已初步應用於外周神經的再生、心血管、食道等組織結構的構建。如圖所示，模擬血管網的三維聚合物結構(120μm寬的分支)。
光纖傳感器可用於傳統傳感器不能使用的情況下執行難度較高的一些測量應用。這種傳感器通常結構緊湊(cou)、質量輕、耐腐蝕，並且可以多路複用。它們不受電磁幹擾(rao)，能在惡劣環境中應用。由於各種分析物的測量需要促進了光學傳感器陣列的發展，並可用於樣品的完整化學色譜的測量。例如，多個感測化學物可以連接到光纖傳感器的光纖末端，並且不同的感測化學物可以通過空間或光譜分辨率來識別。（圖a為勞(lao)倫斯(si)國家實驗室製造的顯微光度計原型，其中使用了MicroFab Technologies打印的傳感元件；圖b為在光纖尖端打印熒光染料製備出的顯微光度計的示意圖） 利用噴墨技術在可接觸的光學表麵打印一種或多種標記化學試劑。其中一個常見的例子就是光纖的尖端。該方法提供了一種通過使用多種MJ噴頭分配幾何形狀來準確打印不同材料的圖案。每種化學試劑可包含一個或多個光能吸收染料，其光學特性隨目標分析物的變化而變化。 通過熒光光譜可以監測每個傳感器的特性，並且能對目標分析物進行靈敏度檢測和定量分析。通過光學成像方法對這些分析物進行同步檢測和測量，並在空間上記錄每個打印出的微點陣。（圖c為噴墨打印在光纖束(shu)末端的生物傳感器透鏡）
上世紀九(jiu)十(shi)年代，光電子學和微電子學相互滲透形成微光學（Micro-Optics），微光學元件中，微透鏡陣列尤為重要，它在照明、成像、光通信等方麵發揮重要作用。微透鏡陣列是由直徑在10μm到1mm之間的微透鏡按照一定的排列組合而形成的陣列，其透鏡尺寸小，可用於光信息處理、光計算、光互連、光數據傳輸、生成二維點光源，也可用於複印機、圖像掃描儀、傳真機、照相機，以及醫療衛生器械中。此外，微透鏡陣列器件也實現了微型化和集成化，使得其具有很強的適應性，可廣泛用於通信、顯示和成像器件當中。用於半導體激光器的橢圓形折(zhe)射微透鏡陣列，能夠實現激光器的聚焦與準直，激光二極管(LD)的光束整形， 它還可用於光纖、光學集成回路之間，實現光器件的有效耦合。在光纖通信中，橢圓形微透鏡將來自自由空間的光耦合進光纖，並校準從光纖出來的光。目前微透鏡陣列己經在原子光學領域有所應用，利用微透鏡陣列做成原子波導、分束器、馬赫一曾德(de)爾幹涉儀或利用其捕獲原子或者對中性原子進行量子信息處理。因此對於微透鏡陣列使用材料，製作工藝和用途方麵的研究十分必要。 MicroFab使用噴墨打印方法，用於數據驅動的微光學元件的製造，如折射透鏡陣列，將多模波導和微透鏡/傳感器沉積在光纖/光纖束的尖端。用於微光學MJ點膠裝置打印的材料包括光學粘合劑，uv固化聚合物和指數調整熱塑性塑料配方。MicroFab研發的高溫打印頭用於在220 ℃以下的溫度下分發光學材料，目前該發明已取得相關發明專利。通過改變工藝參數，已製造出不同尺寸的球形和圓柱形平麵凸(tu)透鏡陣列，尺寸範圍從80μm到1mm、精度為幾微米。 通過熒光光譜可以監測每個傳感器的特性，並且能對目標分析物進行靈敏度檢測和定量分析。通過光學成像方法對這些分析物進行同步檢測和測量，並在空間上記錄每個打印出的微點陣。
