Evaluación de impresión 3D para procesos replicables y escalables de canales microfluídicos

Abstract

El presente trabajo de titulación tiene como objetivo el desarrollo y validación de un método de fabricación replicable y escalable de microcanales utilizando tecnologías de impresión 3D, orientado al uso en dispositivos biomédicos como el dispositivo de punto de atención, proyecto liderado por la Dra. Viviana Clavería. Se abordan las limitaciones actuales en la manufactura de microcanales, particularmente en su replicabilidad, precisión geométrica y capacidad de producción en serie. Para ello, se evaluaron distintas tecnologías: Two-Photon Polymerization (NanoScribe), MSLA (Masked Stereolithography) y litografía láser (LaserWriter), utilizando criterios definidos en base a parámetros críticos como error dimensional, calidad superficial y comportamiento del gradiente de velocidad. Se diseñaron modelos con dimensiones de 150×150 µm de sección y 9 mm de largo, y se analizaron mediante perfilometría y microscopía de fuerza atómica (AFM) para validar sus calidades. Adicionalmente, se estableció un criterio de error admisible del 11,11% en radio, basado en su impacto sobre el tiempo de oclusión (TO) del flujo microfluídico. Los resultados mostraron que la tecnología MSLA no cumple con los requisitos de precisión dimensional, mientras que LaserWriter y NanoScribe presentaron una mayor fidelidad geométrica y homogeneidad de superficie, siendo LaserWriter la alternativa más viable para procesos de replicación mediante termolaminado. Se concluye que la impresión 3D, en particular mediante tecnologías de litografía láser con SU-8, permite avanzar hacia una manufactura de microcanales replicable, escalable y funcionalmente válida para aplicaciones biomédicas e industriales.

This thesis aims to develop and validate a replicable and scalable manufacturing method for microchannels using 3D printing technologies, intended for biomedical devices such as the attention point-of-care device, a project led by Dr. Viviana Clavería. The study addresses current limitations in microchannel manufacturing, specifically in replicability, geometric precision, and mass production capability. To this end, different technologies were evaluated: Two-Photon Polymerization (NanoScribe), Masked Stereolithography (MSLA), and laser lithography (LaserWriter), using defined criteria based on critical parameters such as dimensional error, surface quality, and shear gradient behavior. Models with cross-sectional dimensions of 150×150 μm and a length of 9 mm were designed and analyzed using profilometry and Atomic Force Microscopy (AFM) to validate their quality. An acceptable error threshold of 11.11% in channel radius was established based on its impact on the occlusion time (TO) of the microfluidic flow. The results showed that MSLA technology did not meet the required dimensional or surface quality, while LaserWriter and NanoScribe demonstrated higher geometric fidelity and surface homogeneity. LaserWriter proved to be the most viable alternative for replication processes using thermolamination. It is concluded that 3D printing, particularly through laser lithography with SU-8, enables progress toward a replicable, scalable, and functionally valid microchannel manufacturing process for biomedical and industrial applications.