Master's Thesis

Optimization of microfluidic structures fabrication using a resin 3D printer

Final Thesis 6.05 MB

Author of thesis: Bc. Pavel Besta

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Jaromír Jarušek

Reviewer: Ing. Robert Bayer, PhD.

Abstract:

This thesis deals with the topic of microfluidic devices. It tries to introduce the concepts associated with microfluidics. It also introduces common microfluidic devices and what they are used for. It also emphasizes the materials used to manufacture microfluidic devices as well as their advantages and disadvantages. It also puts microfluidic devices into context with their manufacturing using resin 3D printing and important parameters that must be considered for said 3D printing. The practical part of this thesis deals with the establishment of a working curve and defines important parameters and procedures for succesful printing of microfluidic channels.

Keywords:

Microfluidics, microfluidic device, 3D printing, SLA, DLP, Working curve, geometric accuracy

Date of defence

09.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student seznámil státní zkušební komisi s řešením své diplomové práce. Zodpověděl otázky a připomínky oponenta. Dále odpověděl otázky komise: Funkce mikromixéru musí záviset na viskozitě, na čem další závisí? Co například povrchové napětí kapaliny? Jaký materiál jste na struktury použil? Víte, jestli je použitý materiál hydrofobní nebo hydrofilní? Proč se používá daný materiál?

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Microelectronics (MPC-MEL)

Composition of Committee

doc. Ing. František Urban, CSc. (předseda)
prof. Ing. Jaromír Hubálek, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Juraj Marek, Ph.D. (člen)
Ing. Vladimír Levek, Ph.D. (člen)
Ing. Jan Ludvík (člen)
doc. Ing. Imrich Gablech, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Jaromír Jarušek

Student v teoretické části diplomové práci přehledně zpracoval oblast mikrofuidiky, druhy mikrofluidních zařízení, materiály pro výrobu mikrofluidních čipů a 3D tisk v souvislosti s výrobou mikrofluidních čipů. V práci jsou citovány převážně články z impaktovaných časopisů nebo od výrobců mikrofluidních zařízení.

Praktická část zahrnuje charakterizaci využité kombinace 3D tiskárny a resinu, nejprve s ohledem na fyzikální model tisku, dále s využitím veřejně dostupného modelu, a nakonec s pomocí navržených mikrofluidních čipů. Stěžejními částmi charakterizace jsou stanovení limitních rozměrů struktur, dosažená přesnost a spolehlivost tisku.

Zadání diplomové práce bylo zcela splněno.

Práce je logicky členěna a je na dobré prezentační úrovní, i když obsahuje několik, spíše ojedinělých, formálních chyb, jako jsou překlepy, nejednotný tvar ustálených pojmů nebo citování zdrojů z konce seznamu literatury v první kapitole. To však nijak nebrání srozumitelnosti práce.

Rozsah technické zprávy byl splněn, i když se blíží dolnímu doporučenému limitu. To je způsobeno tím, že jsou v práci prezentovány převážně optimální výsledky a už méně výsledky průběžné nebo které nakonec ke zlepšení nevedly.

Student byl v průběhu semestru aktivní a věnoval poměrně velké množství času výrobě vzorků, což bylo dáno časovou náročností tisku a následného zpracování. Na řešení pracoval samostatně, avšak častější konzultace experimentálních výsledků by přispěla k lepšímu nasměrování řešení práce.

Zjištěné procesní limity tisku mikrofluidních struktur jsou velmi užitečné pro návrh spolehlivě vyrobitelných mikrofluidních čipů a zjištěné defekty a omezující jevy nabízejí prostor pro další výzkum, který však již může být limitován softwarovými možnostmi tiskárny a příslušných programů.

Předloženou diplomovou práci doporučuji k obhajobě a hodnotím stupněm A/90 bodů. Points proposed by supervisor: 90

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Robert Bayer, PhD.

Student měl v rámci diplomové práce optimalizovat výrobu mikrofluidních struktur s využitím resinové 3D tiskárny, seznámit se s oblastí mikrofluidiky, popsat relevantní typy mikrofluidních zařízení a v praktické části stanovit vhodné tiskové parametry, výrobní limity a postupy pro tisk mikrofluidních struktur.
Práce je logicky členěna a postupuje od teoretického úvodu do mikrofluidiky přes přehled materiálů a metod 3D tisku až k experimentální části. Teoretická část je zpracována dostatečně a přehledně, avšak po formální stránce se zde vyskytuje hned několik nedostatků, jako například časté překlepy, duplicitní číslování obrázků v seznamu obrázků nebo nestandardní řazení číselných odkazů na literaturu v textu, v důsledku čehož se již v úvodních kapitolách objevují odkazy s vysokými čísly.
Po odborné stránce oceňuji zejména praktickou část práce. Student stanovil working curve použité kombinace tiskárny a resinu, určil důležité expoziční parametry, navrhl postupy pro tisk a čištění otevřených i uzavřených mikrokanálků a vyhodnotil limitní rozměry vybraných struktur. Přínosný je také popis typických defektů a možností jejich omezení. Rezervy naopak vidím například ve funkčním testování výsledných mikrofluidních čipů z hlediska účinnosti míchání.
Stanovené cíle byly splněny velmi dobře. Práce poskytuje prakticky využitelné poznatky pro výrobu mikrofluidních struktur pomocí resinového 3D tisku.
Vzhledem k výše uvedenému práci doporučuji k obhajobě a navrhuji hodnocení 86 bodů, tedy stupeň B. Topics for thesis defence:
  1. Jakým způsobem by bylo možné ověřit funkčnost vytištěných mikrofluidních čipů, například z hlediska účinnosti míchání?
  2. U uzavřených mikrokanálků je zásadním problémem odstranění nevytvrzeného resinu a následné čištění. Je možné upravit geometrii mikrokanálků, případně postup jejich čištění, tak, aby se zlepšila jejich čistitelnost a spolehlivost tisku?
Points proposed by reviewer: 86

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová