《TRAC-TRENDS IN ANALYTICAL CHEMISTRY》：3D Printing preparation of Point of Care devices and sensors containing conductive materials: A comprehensive review of techniques and applications
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卢卡斯·佩恩斯·布雷斯安（Lucas Paines Bressan）| 布伦达·玛丽亚·德·卡斯特罗·科斯塔（Brenda Maria de Castro Costa）| 雷维尔森·费尔南德斯·克埃罗（Reverson Fernandes Quero）| 多西尔·佩雷拉·德·热苏
卢卡斯·佩恩斯·布雷斯安（Lucas Paines Bressan）| 布伦达·玛丽亚·德·卡斯特罗·科斯塔（Brenda Maria de Castro Costa）| 雷维尔森·费尔南德斯·克埃罗（Reverson Fernandes Quero）| 多西尔·佩雷拉·德·热苏斯（Dosil Pereira de Jesus）| 杰西卡·多明戈斯·达·西尔维拉（Géssica Domingos da Silveira）| 朱利亚诺·博纳辛（Juliano Bonacin）| 约瑟·阿尔贝托·弗拉卡西·达·席尔瓦（José Alberto Fracassi da Silva）
巴西圣保罗州坎皮纳斯市坎皮纳斯州立大学（UNICAMP）化学研究所
摘要
增材制造（3D打印）作为一种制备分析设备的策略，凭借低成本、高空间分辨率、多种材料选择以及设计简洁性而受到关注。虽然可以制造不包含导电部件的即时检测设备（Point of Care devices），但在许多应用中，电极、电接触点、电阻元件和嵌入式电子元件的使用是必不可少的。本文全面介绍了旨在集成导电部件的增材制造技术，这些技术对于开发微流控分析设备和即时检测设备具有潜在价值。应用实例包括电化学和物理传感器、生物医学设备、导电水凝胶、执行器及软体机器人，以及3D印刷电路板。
引言
增材制造（AM），俗称3D打印，正成为快速、可重复且经济可行的微器件制造工具。与传统二维微制造技术（如光刻、压印或激光烧蚀）不同，3D打印能够一步创建复杂的通道网络、腔室和流体连接件，从而生产出可直接使用的密封器件。值得注意的是，几年前3D打印微流体器件还处于起步阶段；如今，随着打印机价格的下降，其分辨率也在不断提高。如今，爱好者仅需花费几百美元就能购买到用于器件制造的3D打印机。当然，当需要制作小于100微米的器件时，使用“非专业”打印机仍面临挑战，但市面上也有满足这一分辨率要求的商用打印机。另一方面，双光子聚合（TPP）技术已实现亚微米级的精确打印。
因此，3D打印为制造低成本、多功能的一体化即时检测设备提供了可能，而要实现这些功能往往需要结合多种材料——如刚性和柔性的材料、透明与不透明的材料、亲水与疏水材料，以及导电与绝缘材料。导电结构对于实现功能完备的器件至关重要，例如用于电化学传感的电极、加热的电阻器、执行器和传感器的电容器、能量收集的电感器，以及嵌入式电子电路和连接件等。将导电功能直接集成到3D打印过程中，有望实现一步制造出完整且功能齐全的器件，从而彻底改变传感器和分析系统的开发与实现方式。
关于在3D打印器件中构建导电路径的策略，研究者提出了以下方法：一是直接打印导电材料（即在打印过程中制备导电部件，从而将电极或电接触点完全集成到器件中）；二是将导体嵌入已打印好的器件中（包括插入金属或合金线、注射液态金属、静电沉积导电膜等）。
本文综述了与3D打印导电部件相关的技术和应用，内容涵盖不同打印技术的原理至其在电化学传感器、医疗设备和集成电子系统中的实际应用。
节选内容
导电材料的3D打印
本节不详细讨论3D打印技术的原理，相关内容可见众多书籍和综述论文。这里重点介绍本文中提到的较少使用的方法。
电化学传感器
电化学是分析化学领域中显著受益于3D打印技术的领域之一。除了用于构建平台或连接不同技术的配件外，导电材料的发展使得可以直接在微流控和宏观流控器件中打印出形状和成分多样的电极。这些组件在众多应用中发挥着重要作用，例如传感器和生物传感器等。
结论与展望
总之，导电材料的3D打印为开发完整的即时检测设备和传感器带来了广阔的发展前景。在增材制造过程中直接集成导电路径，显著提升了成本效益、设计便捷性、空间分辨率和材料多样性。常用的3D打印技术包括FDM、DLP和DIW，它们具备独特优势。
作者贡献声明
杰西卡·多明戈斯·达·西尔维拉（Géssica Domingos da Silveira）：撰写——初稿。雷维尔森·费尔南德斯·克埃罗（Reverson Fernandes Quero）：撰写——初稿。朱利亚诺·阿尔维斯·博纳辛（Juliano Alves Bonacin）：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿。多西尔·佩雷拉·德·热苏斯（Dosil Pereira de Jesus）：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿。约瑟·阿尔贝托·弗拉卡西·达·席尔瓦（José Alberto Fracassi da Silva）：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿，指导工作，争取资金，概念设计。布伦达·玛丽亚·德·卡斯特罗·科斯塔（Brenda Maria de Castro）：撰写——初稿，概念设计。卢卡斯·佩恩斯·布雷斯安（Lucas Paines Bressan）：
作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。
致谢
作者感谢圣保罗州研究支持基金会（FAPESP，资助编号2018/13496-8和2025/26623-1）、巴西国家科学技术发展委员会（CNPq，资助编号408338/2024-5和313532/2023-0）以及巴西高等教育人员培训协调局（CAPES）的支持。
