3D打印技术在分光光度计比色皿固定夹修复中的应用与性能评估

为解决教学实验室分光光度计比色皿固定夹损坏导致的测量不稳定问题，泰国Mahidol University研究人员通过3D打印技术设计替代夹（ABS材料），测试显示其使吸光度测量精度从1.55% RSD提升至0.84%（n=30），机械强度达0.37 MPa，成本仅0.65美元，为仪器维修提供开源解决方案。

　　

在科研教学领域，仪器故障导致的停机问题常严重影响实验进度。以分光光度计（Spectrophotometer）为例，其核心部件比色皿固定夹（cuvette holder clip）因频繁使用易损坏，而厂商仅提供120美元的整体模块替换方案，且交付周期长达数月——这对资源有限的实验室尤为棘手。泰国Mahidol University International College的研究团队在指导学生实验时，发现某台Thermo Scientific? Spectronic? 200分光光度计因固定夹断裂导致比色皿旋转，造成吸光度（absorbance）读数波动达1.55% RSD（相对标准偏差）。这一现象引发了他们利用3D打印技术开发低成本替代方案的创新研究。

研究团队通过Tinkercad软件设计迭代，最终采用ABS PRO材料打印出加强顶部结构的固定夹（

）。性能测试显示，该夹使结晶紫（crystal violet）溶液在590 nm波长下的吸光度测量精度提升至0.84% RSD，与原始夹的0.50% RSD无显著差异（p>0.05）。机械测试表明，新夹初始抗压强度达0.37 MPa，经一年500次使用后仅衰减10%，且能承受实际使用所需57倍的17 MPa极限压力（

）。

关键技术包括：1）基于iPad端Tinkercad的3D建模（层高0.1 mm，80%填充率）；2）Ultimaker S3打印机11分钟快速成型；3）结晶紫溶液稳定性测试（n=30）；4）万能试验机（Bravo MS Pro）压缩测试（20 mm/min）。

主要结果：

1. 设计优化：加厚易断裂区域，STL文件开源共享于GitHub；

2. 测量稳定性：使无夹状态的吸光度波动范围从0.032缩减至0.016；

3. 经济效益：单件材料成本0.01美元，较厂商方案降低99%；

4. 可持续性：避免整体部件更换，减少电子废弃物。

该研究证实3D打印可快速修复精密仪器微小部件，其开源性（open-source）设计尤其适合教学实验室和资源有限地区。作者M.D.等强调，这种"自修复"模式不仅能缩短停机时间，更能培养学生的问题解决能力，推动可持续科研（sustainable instrumentation）实践。论文发表于《BMC Research Notes》，为同类仪器维修提供了可扩展的模板。