Makerspaces kunne muliggøre udbredt anvendelse af mikrofluidik

I mere end et årti, videnskabsmænd har offentliggjort mikrofluidiks potentiale til at revolutionere test og analyse af stoffer lige fra vand til DNA. Tusindvis af tidsskriftsartikler har skildret forskeres udvikling af nye mikrofluidiske enheder til diagnostiske tests. miniature, selvstændige analysesystemer, ofte omtalt som labs-on-a-chip, har strømlinet forskellige analyser, leverer næsten-realtidsresultater af analyser såsom glukose- eller patogendetektion i blodprodukter. Ethvert felt, der er afhængig af at analysere og identificere kemiske og biologiske elementer - f.eks. medicin, miljøbeskyttelse, og landbrug - kunne drage fordel af den hurtige, vurderinger på stedet aktiveret af en lab-on-a-chip. Endnu, disse enheder forbliver primært projekter, der findes på universiteter og forskningslaboratorier, ikke produkter, der er kommercielt tilgængelige.

Traditionelt, fremstillingen af ​​mikrofluidsystemer har krævet højt kvalificerede ingeniører, der bruger rene rum udstyret med sofistikerede, dyre fotolitografiværktøjer. På grund af den specialiserede ekspertise og faciliteter, der er involveret i udviklingen af ​​mikrofluidiske enheder, den kommercielle sektor har betragtet mikrofluidik som en upraktisk F&U-investering i enheder, hvis produktion ikke er skalerbar til industrifremstilling. Imidlertid, forskere ved MIT Lincoln Laboratory har foreslået et alternativ, der kunne åbne muligheder for forskning i, og i sidste ende fremstilling af, mikrofluidik.

I en nyligt offentliggjort artikel i Tendenser inden for bioteknologi , David Walsh, David Kong, og Peter Carr fra MIT Lincoln Laboratory's Bioengineering Systems and Technologies Group og Shashi Murthy fra Northeastern University præsenterer en case for fremstilling af mikrofluidiske platforme i makerspaces, som typisk er offentlige faciliteter, der leverer værktøjer, såsom 3-D printere og laserskærere, til at bygge utallige enheder.

"Du kan tilmelde dig et makerspace for et månedligt gebyr, der kan sammenlignes med et medlemskab af en helseklub, Walsh siger, bemærker, at der alene på MIT campus er 28 store makerspaces i drift. "Sammenlign dette gebyr med prisen for et månedligt medlemskab til et rent værelse, som kan løbe fra tusinder til titusindvis af dollars."

I deres artikel, forfatterne forklarer, at 3-D-printere, laserskærere, og plotterskærere (maskiner, der bruger digitalt styrede knive til at skære design ud) kan drage fordel af billige materialer såsom plastik, papir, og laminater. Fra disse materialer, funktionelle mikrofluidiske enheder kan fremstilles på få minutter til en brøkdel af prisen på litografisk fremstillede.

"Vi har en fantastisk mulighed for at udvide adgangen til nye brugere af mikrofluidikteknologi. Hvorfra jeg sidder i krydsfeltet mellem mikrofluidik og syntetisk biologi, Jeg håber, at vores papir vil blive grebet af samfundets biolaboratorier, der ellers aldrig ville komme i gang med mikrofluidik, " siger Carr.

Forskerne har brugt Lincoln Laboratorys makerspace, Teknologikontorets innovationslaboratorium, eller SLØJ, at 3-D-printe eller laserskære flere variationer af lab-on-a-chip enheder. Deres enheder er gearet til biomedicinske applikationer, men Walsh siger, at enhederne kunne tilpasses til mange typer analyser. Peger på en enhed, der ligner en cd-disk med et mønster af tynde linjer (dvs. kanaler til væskerne), Walsh forklarer, at en væske, sige en biologisk prøve, indsprøjtes gennem en port i disken. Disken spindes derefter i en billig spinner som den 6-tommer høje 3-D-printede "kasse" på hans skrivebord, og centrifugalkraft "skubber" proteinet gennem enhedens række af kanaler, der indeholder reagenser. Den resulterende reaktion, måske en farveændring eller en fluorescing, angiver tilstedeværelsen og koncentrationen af ​​den målbiomarkør, som forsøgslederen tester for.

"Denne proces tager sekunder, " siger Walsh, fremhæver en af ​​de fordele, som mikrofluidik kan bringe til point-of-care diagnostik. Testens hastighed, sammen med enhedens lille størrelse, har vakt det medicinske samfunds interesse i at bruge lab-on-a-chip enheder til personlig sundhedsovervågning, såsom at tjekke ens kolesterol, eller til diagnostik på felthospitaler eller klinikker i udsatte regioner, der ikke har let adgang til laboratoriefaciliteter. Imidlertid, de høje omkostninger forbundet med forskning og udvikling af mikrofluidiske enheder har hindret adoptionen af ​​mikrofluidik til en bred vifte af biomedicinske analyser.

Makerspace-fabrikationsmuligheder tilbyder fordelene ved ikke kun lave omkostninger, men også hurtige udviklings-testcyklusser. I deres artikel, forfatterne illustrerer en hurtig prototyping-tilgang til at skabe mikrofluidiske enheder:design dele med computerstøttet software, skær delene med en laser eller plotterskærer, og saml enheden ved at laminere delene. Tredimensionelle printsystemer muliggør en anden hurtig-turnround-metode til fremstilling af mikrofluidiske systemer, og nye 3-D-printteknikker gør det mere muligt at fremstille mikrofluidik med høj optisk klarhed og minimal lækage.

En anden fordel ved at arbejde i makerspaces er, at makerspace-fællesskabet kan prale af medlemmer med varieret ekspertise. Fremstilling af prototyper i et sådant rum ophæver omkostningerne for udviklere til at ansætte personale, der er uddannet i de specialer, der kræves til produktion af nye enheder, for eksempel, CAD-designere eller teknikere, der er fortrolige med tryk- og skæreværktøjer. "Du behøver ikke eksperter i mikrofluidik for at lave enheden; du har bare brug for nogen, der kan bruge makerspace-værktøjerne, " siger Walsh.

Forfatterne forestiller sig også muligheder for makerspaces til at forbedre undervisningen i mikrofluidik for studerende fra alle niveauer. "Vi er begejstrede for uddannelsesaspektet, " siger Walsh. "Under studerendes rundvisninger i Lincoln Laboratory, Vi har fået børn til at prøve 3-D-print i TOIL. Studerende, der får noget træning i mikrofluidik i makerspaces, kunne udvikle en interesse for at forfølge forskning på området senere i deres akademiske karriere."

David Scott, hvem styrer SLØJET, enig:"Efter at have været vært for et stort antal opsøgende programmer i TOIL, Jeg har haft fornøjelsen af ​​at træne elever i at designe, fremstille, og samle en bred vifte af projekter med konventionelle makerspace værktøjer og udstyr. Ved at skabe et mikrofluidik træningsmiljø i et makerspace, studerende ville have fuld kontrol over deres projekter, mens de udviklede en interesse for mikrofluidik gennem design, eksperimenter, og test."

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.