研究

研究人员开发了低成本的开源微流体3D打印技术

一个研究人员团队布里斯托大学开发了一种新型低成本和开源3D打印过程,用于生产微流体装置。

微流控芯片是一组蚀刻或模压到玻璃、硅或聚二甲基硅氧烷(PDMS)等材料上的微通道,通过芯片的输入和输出与外界相连。通过这些孔,液体或气体可以通过外部的主动或被动系统注入和移除,用于生物医学领域的应用,如芯片实验室(LOC)、细胞生物学研究和蛋白质结晶。

只需要简单的国内设备和标准桌面3D打印机,并在自由使用软件中开发,研究人员的过程降低了制造微流体的成本和复杂性,使现场更容易获得。

该团队相信,他们的方法可以大大降低微流体研究和教育的门槛,同时使可负担得起的现场诊断技术的快速原型成为可能。

提出了微流控模制造工艺。通过布里斯托大学的图像。
提出了微流控模制造工艺。通过布里斯托大学的图像。

3D打印和微流体

几十年来,LOC技术一直被认为是解决一系列生物、化学和医疗保健挑战的先行者。然而,由于研究水平和大规模制造阶段的成本,还没有看到有意义的采用和部署。

LOC技术得到了微流体领域的支持,它看到了增加对3D打印技术的探索推进技术并提高其可访问性。

2018年,研究人员纽约基因组中心纽约大学开发出开源3D打印液滴微流控仪据报道,这比其他可比乐器便宜200倍。旨在识别和靶向正确的细胞以治疗类风湿性关节炎等疾病,可以获得并组装仪器约600美元。

在其他地方,已经开发了一种过程,用于3D打印微流体装置,与流体处理和功能部件一体化。由此开发新加坡科技与设计大学,该技术旨在使微流体的快速原型设计用于化学检测和细胞分析中的基因座应用。

最近,来自加州大学戴维斯分校使用Microfluidics推出一种新的3D打印方法,涉及部署A.基于液滴的微流体系统有效地3D打印精细调谐的柔性材料。该技术的可能应用包括软机器人,组织工程和可穿戴技术。

材料打印与Wan实验室的新液滴3D打印方法。摄影:Wan jianandi
用UC DAVIS的新液滴3D打印方法打印材料。摄影:Wan jianandi

制造微流体装置

研究人员开始通过3D打印互连微通道支架,使用PLA具有Ultimaker 3扩展的3D打印机,然后将其在所需构型中热粘合到玻璃基板中以产生微流体装置母模。

微通道设计在一系列模块化图案中,每个都具有互锁的球插座连接器,使用Ultimaker的卷曲开源切片软件。这些末端被开发成模仿拼图。连续模块可以以任何期望的配置排列,使用少量简单模块启用创建更复杂的微流体系统。这部分研究人员的进程的一个关键方面是,为非专家用户复制很容易和清晰。

然后使用球形和插座连接器将3D印刷的微通道模块安装在标准的1mm厚的玻璃显微镜上。然后将通道加热到一分钟内,将它们粘合到玻璃上,加权载玻片放在顶部,以防止变形和收缩。加热后,将载玻片部分熔合并将加权侧放在金属板上,以快速冷却加权的载玻片并从模具中取出它。

主模具可以在PDMS中反复使用来生产微流体器件。印刷后,主模具制造过程可以在不到五分钟内完成,允许该方法用于正式和非正式的学习环境。

用于微流体通道支架的连接器和模块设计。
用于微流体通道支架的连接器和模块设计。通过布里斯托大学的图像。

开源微流体

为了确保提议的技术完全大众化,研究人员开发了一个开源Autodesk Fusion插件,允许任何用户设计和输出互连的微流控通道支架用于3D打印。使用这个插件,用户可以从一个微流体通道设计到一个完整的微流体通道,而不需要CAD软件专业知识或时间和资源密集型技术或设备。

用户可以通过打印自己的设计或从插件中列出的大量微通道支架中选择原型,将相互连接的微流体通道的宽度降低到100 μm分辨率。一个协议.IO指令集也提供了详细的研究人员的整个过程,与最新的插件和简介的链接。

使用这种技术,用户可以使用家用设备和没有危险化学品的PDMS制造微流体设备,从而使学校,业余爱好者和研究人员可以获得微流体实验,无论他们的资源如何。该团队希望通过全球的研究人员和教育工作者采用这种方法,以“帮助激励下一代实验室开发商”。

此外,研究人员认为他们的技术可以为“真正实惠”的LOC医疗保健诊断测试铺平道路,这可以通过将微流体PDMS通道直接施加到任何清洁的玻璃表面,例如移动式玻璃表面电话屏幕或汽车挡风玻璃。

有关该研究的进一步详情,可以在标题的论文中找到“可忽略不计 - 成本的微流体设备制造,使用3D印刷互连通道支架”在Plos一个期刊上发表。该研究由H.Felton,R. Hughes和A. Diaz-Gaxiola共同撰写。

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特色图片显示提出的微流体母模制造工艺。通过布里斯托大学的图像。