Ny 3-D nanoprint-strategi åbner døren til revolution inden for medicin, robotteknologi

Ingeniører ved University of Maryland (UMD) har skabt det første 3-D-printede væskekredsløbselement så lille, at 10 kunne hvile på bredden af ​​et menneskehår. Dioden sikrer, at væsker kun bevæger sig i en enkelt retning - en kritisk funktion for produkter som implanterbare enheder, der frigiver terapier direkte i kroppen.

Den mikrofluidiske diode repræsenterer også den første brug af en 3-D nanoprint-strategi, der bryder gennem tidligere omkostnings- og kompleksitetsbarrierer, der hindrer fremskridt på områder fra personlig medicin til lægemiddellevering.

"Ligesom krympende elektriske kredsløb revolutionerede elektronikområdet, Evnen til dramatisk at reducere størrelsen af ​​3-D-printede mikrofluidiske kredsløb sætter scenen for en ny æra inden for områder som farmaceutisk screening, medicinsk diagnostik, og mikrorobotik, "sagde Ryan Sochol, en assisterende professor i maskinteknik og bioteknik ved UMD's A. James Clark School of Engineering.

Sochol, sammen med kandidatstuderende Andrew Lamont og Abdullah Alsharhan, skitserede deres nye strategi i et papir offentliggjort i dag i open-access tidsskriftet Natur:Videnskabelige rapporter .

Forskere har i de senere år benyttet sig af den nye teknologi til 3D-nanoprint til at bygge medicinsk udstyr og skabe "organ-on-a-chip" -systemer. Men kompleksiteten i at presse lægemidler, næringsstoffer, og andre væsker ind i så små miljøer uden lækage - og omkostningerne ved at overvinde disse kompleksiteter - gjorde teknologien upraktisk til de fleste applikationer, der kræver præcis væskekontrol.

I stedet, forskere var begrænset til additive fremstillingsteknologier, der udskriver funktioner, der er væsentligt større end den nye UMD væskediode.

"Dette satte virkelig en grænse for, hvor lille din enhed kunne være, " sagde Lamont, en bioingeniørstuderende, der udviklede tilgangen og ledede testene som en del af sin doktorgradsforskning. "Trods alt, det mikrofluidiske kredsløb i din mikrorobot kan ikke være større end selve robotten."

Det, der adskiller Clark School-teamets strategi, er dets brug af en proces kendt som sol-gel, hvilket gjorde det muligt for dem at forankre deres diode til væggene i en mikroskala kanal trykt med en almindelig polymer. Diodens minutarkitektur blev derefter trykt direkte inde i kanalen - lag for lag, fra toppen af ​​kanalen og ned.

Resultatet er en fuldstændig forseglet, 3-D mikrofluidisk diode skabt til en brøkdel af prisen og på kortere tid end tidligere tilgange.

Den stærke segl de opnåede, som vil beskytte kredsløbet mod forurening og sikre, at enhver væske, der skubbes gennem dioden, ikke frigives på det forkerte tidspunkt eller sted, blev yderligere styrket ved en omformning af mikrokanalvæggene.

"Hvor tidligere metoder krævede, at forskere ofrede tid og omkostninger til at bygge lignende komponenter, vores tilgang tillader os i det væsentlige at have vores kage og også spise den, " sagde Sochol. "Nu, forskere kan 3D-nanoprint komplekse fluidiske systemer hurtigere, billigere, og med mindre arbejde end nogensinde før."