与传统制造技术相比,3D打印技术提供了一种便捷、可靠且低成本的方式来制造复杂的系统,其优点是快速、准确和一步成型。有赖于3D打印的技术优势,3D打印正在迅速发展,并逐渐应用于各个领域,如航空飞行器、柔性机器人、医疗设备的制造等。以机器人制造行业为例,传统制造技术下的刚性机器人虽精确性高,但其无法被应用于一些结构复杂的领域,3D打印的柔性机器人具有弹性变形能力,并能够在狭窄的空间中操作。得益于近年来台式3D打印机的快速发展,其为实验室内方便开发小型装置和仪器提供了便利条件。本文利用3D打印技术针对凝胶电泳系统,改进了电泳装置的设计,搭建了蛋白质分离系统,完成凝胶电泳系统的设计、打印及小型化。连续流动凝胶电泳结合电感耦合等离子体质谱的联用系统(GE-ICP-MS)已成功应用于金属结合蛋白质的分离和测定。然而,目前使用的连续流动凝胶电泳系统属于本实验室前期自行设计加工,尚有较多设计和加工上的不完善。在此基础之上,本研究运用3D打印技术设计开发了两种凝胶电泳装置,分别用于不同场景下的蛋白质和金属结合蛋白质的分离和测定。首先,我们应用3D打印技术开发了一种用于蛋白质样品快速分离检测的凝胶短柱及配套的便携式凝胶电泳装置。该便携式凝胶电泳装置的电泳槽尺寸仅为15×20×17mm,正负极所用电泳缓冲液共需4 mL,一块25V恒压锂电池即可支持该电泳系统持续工作100 h左右。通过在实验室中进行3D打印,可以方便、快速且低成本地制造该设备。通过比较该装置对商业化彩色蛋白标准品的分离效果,我们对其结构进行了反复的优化。随后使用该电泳装置分离了五种常用的标准蛋白质,并与商业化平板凝胶电泳的蛋白质分离结果对比,结果表明该便携式电泳装置可快速高效的分离蛋白质。其次,我们应用3D打印技术开发了一种小型化凝胶电泳整体装置用于蛋白质的分离检测。此装置包括洗脱系统、冷却系统、电泳系统和整体外壳。洗脱系统通过双注射泵平台的搭建,采用DT协议与电脑终端进行通讯,实现平流模式。冷却系统使用半导体制冷原理,STC15F2K60S2单片机作为整个系统的核心处理器,采用模块化设计,控制冷却系统的温度调节。电泳系统运用凝胶电泳原理设计制造了包括用于蛋白质分离的水平柱状凝胶电泳装置和电泳电源。本研究中的凝胶电泳仪可以与电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)结合使用,形成连续流动的GE-ICP-MS系统,用于在线分离和检测金属结合蛋白。本研究凸显了3D打印对于小型分析设备开发的适用性,3D打印将会更加广泛地应用于仪器的微型化。