Новый метод быстрого прототипирования микроспиральных устройств
Исследователи из Университета Тохоку и Окинавского института науки и технологий (OIST) совершили значительный прорыв в области микрофлюидики, позволивший точно и эффективно манипулировать жидкостями в трёхмерной микроскопической среде. Это открывает новые возможности для биоаналитических применений, таких как разделение клеток в медицинской диагностике.
Детали работы опубликованы в журнале Microsystems & Nanoengineering 22 января 2024 года.
Трёхмерные спиральные микрофлюидные устройства, с их сложной винтообразной конструкцией, обеспечивают точный контроль жидкости и эффективное разделение частиц. Однако их широкому внедрению мешают трудоёмкость и высокая стоимость изготовления, а также ограничения существующих методов по материалам и конфигурациям.
Для решения этих проблем междисциплинарная команда представила миниатюризированный процесс ротационного термического вытягивания (mini-rTDP), вдохновлённый традиционной японской техникой изготовления конфет Kintaro-ame.
Суть метода:
- Создаётся полимерная заготовка с каналами.
- Заготовка нагревается и вытягивается, формируя микрофлюидные каналы внутри волокна.
- Вращение во время вытягивания позволяет придать каналам трёхмерную спиральную конфигурацию.
Процесс mini-rTDP высоко универсален и подходит для широкого спектра материалов, способных к деформации при нагреве.
«Mini-rTDP способствует быстрому прототипированию трёхмерных микрофлюидных систем, идеальных для точного управления биожидкостями», — говорит Юаньюань Го, доцент Института междисциплинарных наук FRIS Университета Тохоку.
В сотрудничестве с Эми Шен, руководителем подразделения Micro/Bio/Nanofluidics Unit в OIST, команда провела моделирование и эксперименты, визуализировав потоки жидкости внутри спиральных структур.
«Мы подтвердили наличие вихрей Дина — типа вращательного потока в изогнутых каналах — в наших устройствах. Это подтверждает их потенциал для значительного повышения эффективности разделения клеток и частиц», — отмечает Дэниел Карлсон из команды Шен.
«Быстрое прототипирование трёхмерных спиральных микрофлюидных систем с использованием mini-rTDP представляет собой выдающийся прогресс в области микрофлюидики. Эта технология предлагает беспрецедентную универсальность, точность и потенциал для преобразований в различных отраслях», — говорит Эми Шен.
В будущем исследователи планируют интегрировать в волокна микрофлюидные каналы с электродами, биосенсорами и актуаторами, что может революционизировать технологии «лаборатория на чипе» (Lab-on-Chip).
Исследование стало результатом совместных усилий программы OIST SHIKA и софинансирования со стороны Университета Тохоку.