Fabbricazione e funzionalizzazione di microfluidica tramite tecnologie di stampa volumetrica xolografica = Fabrication and Functionalization of microfluidic devices employing xolographic volumetric printing

I dispositivi microfluidici sono strumenti che per eseguire determinati test di laboratorio utilizzano quantità molto piccole di fluidi. Di conseguenza, trovano impiego in molti ambiti, in quanto hanno bisogno di poco campione da testare, aspetto particolarmente utile in applicazioni biomedicali, ma anche in ambito alimentare e chimico. Inoltre, hanno suscitato grande interesse per i loro considerevoli vantaggi in termini di velocità di reazione, affidabilità, precisione e costi. Tradizionalmente i dispositivi microfluidici vengono prodotti attraverso tecniche sottrattive di precisione (micromachining), per replica di uno stampo (molding) o per stereolitografia. Queste tecnologie, sebbene ormai solide, hanno alcuni svantaggi, in primis la necessità di chiudere la microfluidica, con problematiche associate alla presenza di più di un materiale e alla saldatura. Per ovviare a questi aspetti, al giorno d’oggi, una delle principali tecnologie impiegate è l’Additive Manufacturing (AM). Questa tecnologia comporta la produzione di parti complesse in un unico passaggio e la riduzione degli sprechi di materiale, depositandolo solo dove è necessario. Tuttavia, l’AM presenta dei vincoli: l’esigenza di utilizzare delle strutture a supporto del pezzo in costruzione, basse velocità di lavorazione e artefatti di stratificazione. Dalla necessità di superare questi limiti, questo lavoro di tesi si propone di utilizzare la stampa 3D volumetrica (Volumetric Additive Manufacturing - VAM). Nella tecnologia VAM le parti vengono fabbricate in un'unica operazione, eliminando gli artefatti dovuti alla stratificazione e rendendo il processo più veloce, inoltre i materiali utilizzati hanno una viscosità maggiore rispetto a quella del metodo tradizionale, quindi, una volta stampati, possono resistere senza supporto. I dispositivi microfluidici fabbricati in questa tesi sono stati ottenuti tramite un’innovativa tecnologia di stampa volumetrica, la Xolografia. Sono state analizzate diverse formulazioni, tenendo presente le due caratteristiche fondamentali che le resine devono soddisfare in questo contesto, ovvero la trasparenza dei materiali, per permettere alla luce di raggiungere e solidificare in modo preciso i punti desiderati, e una viscosità tale da consentire all’oggetto di autosostenersi durante la stampa. Dopo ciò, si è lavorato sull’ottimizzazione dei parametri di stampa al fine di ottenere una microfluidica di forma complessa, in particolare tridimensionale. Inoltre, è stata testata la possibilità di post-funzionalizzazione superficiale dei canali, per modificare l’interazione fluido-superficie. Innanzitutto, si introdurranno i dispositivi microfluidici e le tecniche di AM, successivamente verranno presentati i materiali testati per produrre e funzionalizzare tali dispositivi e i metodi di caratterizzazione dei materiali, i cui risultati saranno discussi subito dopo. Infine, un capitolo conclusivo riassumerà i risultati ottenuti e i possibili sviluppi futuri.