微纳3D打印：推动光敏树脂回收利用新突破

      随着3D打印技术在微流控芯片制造中展现出快速原型制造与复杂结构成型等优势，为生物医学、化学分析等领域注入了新的发展动力。然而，光固化打印工艺所引发的高昂制造成本与树脂材料严重浪费问题，也逐渐成为制约该技术在科研与产业领域实现规模化应用与推广的关键瓶颈。数据显示，单次打印任务完成后，残留树脂的比例可高达约90%。这些残留物内含有的甲基丙烯酸酯类单体，不仅后续处理程序复杂、处置成本不菲，还可能潜藏环境风险等问题。
     近日，来自意大利卡塔尼亚大学的研究团队通过系统实验证明，经过再生处理的光固化树脂可重复使用三次以上，且制成的微流控器件光学性能几乎无衰减。这一突破性发现为3D打印行业实现可持续发展目标提供了关键技术支撑。该研究以“Micro‑optofluidic Devices via Projection Micro‑Stereolithography: Impact of Resin Reuse on Optical Sensing Performance”为题，发表于国际期刊《The International Journal of Advanced Manufacturing Technology》上。

研究团队开发了一套完整的树脂再生技术，包括五个关键步骤：树脂回收、初级过滤（100-200μm金属网筛）、二级过滤（0.45-1μm PTFE膜真空过滤）、均匀混合（3000rpm/5min）和避光储存。该流程能有效去除残留树脂中的杂质和部分固化颗粒，确保再生树脂的化学稳定性。

      实验采用三种树脂批次：全新树脂、一次再生树脂和二次再生树脂，分别用于制造三个相同的T型接头微流控器件。这些微流控器件专为吸收式光学检测设计，研究团队采用摩方精密面投影微立体光刻（PμSL）技术（nanoArch® S140，精度：10μm）一体成型打印而成，无需额外组装。

     通过傅里叶变换红外衰减全反射光谱（FTIR-ATR）分析，研究人员发现再生树脂的化学结构仅发生微小变化。在1635cm⁻¹处（C=C伸缩振动）和810cm⁻¹处（C-H面外弯曲振动）的吸收峰强度略有降低，表明甲基丙烯酸酯单体含量轻微减少。这种变化主要源于打印过程中的暗固化现象和微量光散射导致的预聚合，树脂的整体化学结构仍然保持稳定。

光学性能是微流控器件的核心指标。研究团队通过分光光度计测量器件在589nm波长（钠D线）的透光率，并利用专用回归模型计算折射率。实验在每個器件的四个不同区域进行五次重复测量，确保数据可靠性。

结果显示，三种树脂制成的器件折射率分别为1.7044（全新树脂）、1.7043（一次再生）和1.7042（二次再生），最大差异仅0.012%。双因素方差分析表明，树脂重复使用次数和测量区域对折射率均无显著影响（p值>0.05）。

在功能验证阶段，研究人员搭建了气-水弹状流检测平台，通过实验设计（DoE）方法系统评估器件性能。实验考察了激光功率（1mW和5mW）、流速（0.1-0.3mL/min）和树脂类型三个因素对光学检测能力的影响。

结果表明，所有器件均能清晰区分弹状流中的气相和液相，信号波形保持稳定的方波特征。统计分析确认，不同树脂批次器件的检测性能无显著差异，证明再生树脂完全满足微流控器件的功能需求。

总结：这项研究证明了光固化树脂回收再利用在微光流控器件制造中的可行性。通过严格的实验设计和系统的性能评估，研究人员确认即使经过两次回收，树脂的光学性能仍保持稳定，器件的光学检测能力不受影响。这一成果不仅为3D打印行业提供了可持续发展的解决方案，也为微流控技术在生物医学研究和临床诊断中的广泛应用铺平了道路。在保证性能的前提下降低成本和环境影响的创新实践，完美诠释了绿色制造与精密工程的融合之道。

原文链接：https://doi.org/10.1007/s00170-025-16735-w