Forskere 3D-print roterende mikrofilter til laboratorie-på-en-chip-applikationer

Forskere har fremstillet et magnetisk drevet roterende mikrofilter, der kan bruges til at filtrere partikler inde i en mikrofluidisk enhed. De lavede det lille drejefilter ved at skabe et magnetisk materiale, der kunne bruges med en meget præcis 3D-printteknik kendt som to-foton polymerisation.

Mikrofluidiske enheder, også kendt som lab-on-a-chip-enheder, kan bruges til at udføre flere laboratoriefunktioner inde i en chip, der normalt måler et par kvadratcentimeter eller mindre. Disse enheder indeholder indviklede netværk af mikrofluidkanaler og bliver mere og mere komplekse. De kan være nyttige til en række anvendelser, såsom screening af molekyler for terapeutisk potentiale eller udførelse af blodprøver, der påviser sygdom.

"Ved at ændre retningen af ​​det eksterne magnetiske felt, det mikrofilter, vi lavede, kan fjernmanipuleres efter behov for enten at filtrere partikler af en bestemt størrelse eller for at lade dem alle passere, " sagde Dong Wu, et medlem af forskerholdet fra University of Science and Technology i Kina. "Denne funktionalitet kan bruges til mange typer kemiske og biologiske undersøgelser udført i laboratorie-på-en-chip-enheder, og vigtigst af alt, gør det muligt for chipsene at blive genbrugt."

I tidsskriftet The Optical Society (OSA). Optik bogstaver , Wu, sammen med kolleger fra Hefei University of Technology og RIKEN Center for Advanced Photonics i Japan, viser, at deres nye roterende mikrofilterfiltre kan sortere partikler i en mikrofluidisk enhed med høj ydeevne.

"Dette filter kan i sidste ende bruges til at sortere celler af forskellige størrelser til applikationer såsom isolering af cirkulerende tumorceller til analyse eller påvisning af unormalt store celler, der kan indikere sygdom, " sagde Chaowei Wang fra University of Science and Technology i Kina. "Med yderligere udvikling kan det endda være muligt at bruge det i enheder placeret inde i kroppen til kræftdetektion."

Et mere alsidigt filter

Filtre med huller i mikrometerstørrelse bruges ofte i mikrofluidchips som en passiv måde at sortere partikler eller celler på ud fra hullernes størrelse. Imidlertid, fordi antallet og formen af ​​huller i filteret ikke kan ændres dynamisk, tilgængelige enheder mangler fleksibilitet til at sortere forskellige typer partikler eller celler efter behov. For at udvide anvendeligheden af ​​mikrofluidiske enheder, forskerne udviklede et filter, der frit kan skifte mellem tilstande som selektiv filtrering og beståelse.

De skabte det nye filter ved hjælp af to-foton polymerisation, som bruger en fokuseret femtosekund laserstråle til at størkne, eller polymerisere, et flydende lysfølsomt materiale kendt som fotoresist. Takket være to-foton absorption, polymerisationen kan udføres på en meget præcis måde, muliggør fremstilling af komplekse strukturer på mikron skala.

For at lave mikrofilteret, forskerne syntetiserede magnetiske nanopartikler og blandede dem med fotoresisten. Fremstilling af det roterende mikrofilter krævede dem for at optimere lasereffekttætheden, antal pulser og scanningsintervaller brugt til polymerisation. Efter at have testet dets magnetisk drevne egenskaber på et objektglas, de integrerede mikrofilteret i en mikrofluidisk enhed.

Flere filtreringstilstande

For at filtrere større partikler, et magnetfelt vinkelret på mikrokanalen påføres. Når filtreringsprocessen er fuldført, de store partikler kan frigives ved at påføre et magnetfelt, der er parallelt med mikrokanalen, som vil dreje mikrofilteret 90°. Filtreringsprocessen kan derefter gentages efter behov.

Forskerne verificerede filterets filtreringsevne ved hjælp af polystyrenpartikler med diametre på 8,0 og 2,5 mikron, der blev blandet i en alkoholopløsning. "Det var tydeligt, at partikler mindre end porestørrelsen let passerede gennem mikrofilteret, mens større blev filtreret ud, " sagde Chenchu ​​Zhang fra University of Science and Technology i Kina. "Når du passerer, eventuelle større partikler, der blev opfanget af filteret, blev skyllet væk med væsken, som forhindrer filtertilstopning og tillader genbrug af mikrofilteret."