為(wei) 士兵配備的生物監測設備看起來可能像是電影《賽博朋克2077》中的設備，但是美國陸軍(jun) 使用3D打印技術將該技術快速推向了2020年。ARL開發了新穎的多功能生物傳(chuan) 感器，並且可以對士兵進行生理跟蹤有可能使他們(men) 對實地局勢威脅有更深入的認識。 隨著現代戰爭(zheng) 的發展，美國陸軍(jun) 已經越來越多地開發出保護其人員免受生物武器汙染的方法。利用ARL小組的3D打印傳(chuan) 感器，現在可以在戰場上檢測武器化的毒素，細菌或病毒，從(cong) 而為(wei) 士兵提供最大的生存機會(hui) 。美國陸軍(jun) 研究實驗室（ARL）的約書(shu) 亞(ya) ·烏(wu) 紮爾斯基（Joshua Uzarski）解釋說：“保形3D打印可以在人體(ti) 皮膚等生物表麵上快速且可定製地製造微流體(ti) 設備。監視戰士的身體(ti) 狀態的能力可以使他們(men) 暫時需要從(cong) 戰場上安全地撤離，從(cong) 而使判斷力從(cong) 士兵手中移開。”

盡管近年來已經嚐試了幾種類似的“芯片實驗室”技術，但Uzarski卻是第一個(ge) 被開發成可現場使用的設備的技術。 Uzarkski在ARL的六年中曾領導過其他兩(liang) 個(ge) 生物傳(chuan) 感器項目，是表麵化學專(zhuan) 家，但自從(cong) 與(yu) 明尼蘇達大學（UMN）合作以來，他取得了重大進展。

CCDC和UMN的研究目標和抱負是什麽(me) ？

約書(shu) 亞(ya) ·烏(wu) 紮爾斯基（Joshua Uzarski）：士兵中心多年來一直致力於(yu) 基於(yu) 陣列的生物傳(chuan) 感器的研究，但沒有能力將這些發現轉變為(wei) 可部署的平台。 UMN提供了工程專(zhuan) 業(ye) 知識來推動微流體(ti) 技術向前發展，從(cong) 而可以幫助將傳(chuan) 感器思想轉變為(wei) 可現場使用的設備，包括紡織品（用於(yu) 製服），便攜式現場設備，甚至在皮膚上進行生理監測。

此類設備在軍(jun) 事應用中的潛在優(you) 勢是什麽(me) ？ JU：好處包括能夠創建更現場且與(yu) 基於(yu) 生物的檢測兼容的傳(chuan) 感器設備。當前大多數技術都需要平坦，堅硬且通常很重的材料，這些材料無法轉化為(wei) 現場材料。這些新型設備可以在柔軟，柔性和輕質的材料（例如紡織品和皮膚）上創建。

此外，它們(men) 相對於(yu) 現有技術的良好製造條件（例如高溫和苛刻的化學處理）以及消除了支持材料，使得可以包含敏感的生物分子用於(yu) 傳(chuan) 感器診斷測試。這些包括對水質和/或戰劑的環境觀察以及生理狀態監測。

如果用作“芯片實驗室”診斷工具，您的工具與(yu) 我們(men) 之前看到的有何不同？JU：自支撐微流控技術的幾種功能使其在用於(yu) “芯片實驗室”應用時優(you) 於(yu) 以前的方法。常規裝置通常需要大塊的固化聚合物來包裹微流體(ti) 通道，從(cong) 而導致體(ti) 積大。相比之下，我們(men) 的3D打印微流體(ti) 傳(chuan) 感器具有簡潔的配置，它由感測基板和3D打印的有機矽通道組成。

我們(men) 的設備也沒有嚴(yan) 格的無塵室製造要求，例如設備的仔細對準（通常需要更多的材料），同時提供有限的複用功能。與(yu) 其他片上實驗室設備相比，我們(men) 製造方法的靈活性還使集成3D結構，多路複用陣列和多種材料類型的複雜性更高。

研究人員的3D打印微流體(ti) 設備可能具有潛在的軍(jun) 事監視應用程序

您的新型增材製造方法有何獨特之處，其優(you) 勢是什麽(me) ？

我們(men) 的方法能夠根據目標表麵的幾何形狀設計打印刀具路徑，並將微流體(ti) 網絡直接“寫(xie) 入”到表麵上。保形印刷還使得能夠在諸如人類皮膚的生物表麵上快速且可定製地製造微流體(ti) 裝置。諸如立體(ti) 平版印刷術（SLA）和噴墨打印之類的先前技術使用可紫外線固化的樹脂來產(chan) 生微流體(ti) 芯片，這些微流體(ti) 芯片通常在材料固化後便是剛性的。通過印刷諸如室溫硫化（RTV）矽酮之類的高彈性材料，我們(men) 的方法可創建柔性且可拉伸的微流體(ti) 結構，斷裂應變高達350％。

而且，由於(yu) 結構是自支撐的，因此微流體(ti) 設備可以直接對準並打印在功能化的傳(chuan) 感陣列上，從(cong) 而使傳(chuan) 感元件無汙染。相比之下，通過其他3D打印方法製造的微流控設備通常會(hui) 在通道中臨(lin) 時填充殘留的樹脂或支撐材料，這會(hui) 汙染傳(chuan) 感表麵。

與(yu) 其他微流體(ti) 製造方法相比，快速原型技術還可以縮短周轉時間，例如使用PDMS進行軟光刻，使用塑料進行機加工或注塑成型以及使用紙質基材進行印刷。這有助於(yu) 加快開發速度，以朝著實際產(chan) 品和應用程序發展。

您開發的技術有何潛力，尤其是在軍(jun) 事環境中？ JU：擁有性能更好，戰鬥員負擔更少的環境和物理監視傳(chuan) 感器的能力，將為(wei) 形勢意識提供越來越多的信息。例如，知道水源被立即汙染而沒有在現場都攜帶笨重且耗電的設備，而獲得快速響應是一個(ge) 重大的潛在突破。

此外，監視戰士的身體(ti) 狀態的能力可以使他們(men) 在需要時安全地從(cong) 戰場上撤離，這也使判斷力從(cong) 士兵的手中移開。這項新技術使我們(men) 朝著這些願景前進。目前，對於(yu) 這些類型的需求，要麽(me) 是不切實際的技術，要麽(me) 根本沒有。

在這一研究領域是否有繼續計劃？如果是這樣，如何發展和增強該技術？現在，在軍(jun) 事應用方麵，已經有一些研究建議可用於(yu) 使用該技術對特定毒素，細菌和病毒進行生物檢測。這將是模塊化的，因為(wei) 它可以在以後進行預編程，並使用模式識別響應進行修改以檢測不同的特定目標。可以利用該技術來創建未來的“按需”傳(chuan) 感器，並在現場快速打印所有組件，以應對特定環境的威脅。