Forskere udvikler en hurtig, billig metode til 3D-udskrivning af mikrofluidiske enheder

Mikrofluidik er manipulation og undersøgelse af sub-mikroskopiske liter væsker. Teknologier, der anvender mikrofluidik, findes på mange tværfaglige områder lige fra teknik til biologi. Eksperimenter kan udføres på en enhed, der er omtrent på størrelse med en dollarmønt, reducere mængden af ​​anvendte reagenser produceret affald, og de samlede omkostninger. Eksperimenter kan udføres præcist på mikroskala niveauer, tilbyder reducerede reaktionstider og forbedret kontrol over reaktionsbetingelserne.

Den nuværende guldstandard for fremstilling af mikrofluidiske enheder er blød litografi, hvor elastomere materialer støbes på en form fremstillet i et renrum. På trods af flere ønskelige egenskaber ved fremstilling af mikrofluidiske kanaler, imidlertid, blød litografi er en manuel proces, der er vanskelig at automatisere. Typisk, blød litografi har en design-til-prototypecyklus på et par dage.

3D-udskrivning fremkom som et attraktivt alternativ til blød litografi. Ikke alene kan 3D-printere omdanne design til faktiske arbejdsprototyper i timevis rækkefølge, den seneste introduktion af billige 3D-printere gør 3D-udskrivning generelt mere tilgængelig for forskere. Nuværende 3D-printteknologier til fremstilling af mikrofluidiske enheder har et par begrænsninger, nemlig;

• tilgængelige materialer til 3D-udskrivning (f.eks. optisk gennemsigtighed, fleksibilitet, biokompatibilitet),
• opnåelige dimensioner af mikrokanaler med kommercielle 3D-printere,
• integration af 3D-trykte mikrofluidik med funktionelle materialer eller substrater.

For at overvinde disse udfordringer, forskere fra Singapore University of Technology and Design's (SUTD) Soft Fluidics Lab har udviklet en alternativ metode til at anvende 3D-print til fremstilling af mikrokanaler. Forskerne anvendte direkte blækskrivning (DIW) 3-D-udskrivning af hurtighærdende silikoneforsegling til hurtigt at fremstille mikrofluidiske enheder på forskellige underlag (f.eks. Glas, plast, og membraner). Designet af fluidiske kanaler bestemmes af det mønstrede silikontætningsmiddel, mens de øverste og nederste transparente substrater tjener til at forsegle kanalerne. Brugen af ​​transparente substrater giver forskerne mulighed for at forestille sig kanalen ved hjælp af et mikroskop. Denne metode tillader også fremstilling af mikrofluidiske kanaler, der er dynamisk indstillelige i dimensioner, som tjente som små kanaler samt afstemmelige flowmodstande.

"Ved at kontrollere afstanden mellem de øverste og nederste underlag, vi var i stand til præcist at reducere kanalbredden op til omkring 30 mikron. Denne laterale dimension af kanalerne ville være vanskelig at opnå, hvis der blev brugt kommercielt tilgængelige 3D-printere, "sagde hovedforfatter Terry Ching, en kandidatstuderende fra SUTD's Engineering Product Development søjle.

"Vores tilgang til at anvende DIW 3D-udskrivning tillader direkte mønster af mikrokanaler hovedsageligt på ethvert fladt underlag," siger adjunkt Michinao Hashimoto, hovedforsker af projektet.

Teamet demonstrerede også, at det var let at mønstre silikonebarrierer direkte på et printkort (PCB), straks at integrere elektroder i mikrokanalerne, der ville fungere som realtidsstrømningssensorer. Hurtig integration af halvgennemtrængelige membraner til mikrokanaler til dyrkning af keratinocytceller blev påvist.