Microfluïdische apparaten zijn kleine microchips met bijna volledig microscopisch kleine kanalen, pompen en kleppen die erin zijn geëtst voor het sorteren en analyseren van cellen, biomarkers voor ziekten en andere miniatuurstructuren van vloeistoffen. Onderzoekers van de Brigham Young University (BYU) werken al enkele jaren met microfluïdica en hebben onlangs een nieuw 3D-printproces gedemonstreerd om microfluïdische lab-on-a-chip-apparaten te maken met kleppen en kanalen van slechts 15 micron groot, waarvan ze beweren dat ze kleiner zijn dan ooit gemaakt voorheen, maar nog steeds volledig functioneel.
“We hebben gekozen voor de conventionele benadering van 3D-printen en deze veralgemenen tot iets dat breder van opzet is en aanzienlijk meer mogelijkheden heeft. Dit soort uitbreiding van het 3D-printparadigma naar iets dat verder gaat dan de traditionele benadering, heeft ons in staat gesteld om al deze miniaturisatie en integratie tot stand te brengen”, zegt BYU-ingenieursprofessor Greg Nordin.
Engineering professor Greg Nordin en een team van studenten en professoren hebben een manier gevonden om microfluïdische apparaten in 3D te printen, kleiner dan ooit tevoren, maar toch volledig functioneel.
Nordin en de rest van het interdisciplinaire team van studenten en professoren publiceerden een paper in Natuurcommunicatie die hun nieuwe gegeneraliseerde 3D-printproces beschrijft, dat het mogelijk maakt om 3D-componenten met een veel hogere resolutie te maken zonder de resolutie van de eigenlijke printer uit te breiden.
Toepassingen zoals snelle bloeddiagnose zouden zeker kunnen profiteren van de ontwikkeling van kleinere microfluïdische apparaten, maar Nordin zegt dat de meeste commerciële 3D-printers niet de noodzakelijke kleine afmetingen van de kleppen en kanalen kunnen bereiken. Volgens hem is 27 micron meestal de kleinste die zelfs de meest geavanceerde commerciële 3D-printers kunnen bereiken. Maar de nieuwe 3D-printtechnologie van het BYU-team was in staat om microfluïdische lab-on-a-chip-apparaten af te drukken tot 7,6 micron.
“Het komt erop neer dat commerciële 3D-printers en commerciële materialen gewoon niet kunnen voldoen aan de resolutie die we hebben voor dit soort technologie. We printen chips met geavanceerde componenten met 60-70 kleine ventielen en 20-30 pompen – componenten die voorheen niet geprint konden worden”, legt Nordin uit.
Het team, bestaande uit verschillende niet-gegradueerde studenten, bereikte hun doorbraak door de manier waarop de 3D-geprinte lagen op de chip worden gestapeld, te veranderen. Terwijl de meeste traditionele 3D-printprocessen uniforme lagen fabriceren, paste deze methode het aantal, de volgorde en de dikte van de gestapelde lagen aan. Alleen al door dit te doen, zeggen de BYU-onderzoekers dat hun lab-on-a-chip-apparaat op veel kleinere schaal kan worden afgedrukt, en ook voor veel minder geld.
Een ander potentieel groot voordeel van het werk van het team bij het bereiken van kleine 3D-geprinte lab-on-a-chip-apparaten is meer toegankelijkheid in microfluïdica-onderzoek. Cleanrooms zijn bijvoorbeeld niet nodig bij het gebruik van een 3D-printer om de apparaten te maken, en omdat de fabricagekosten omlaag moeten, zullen meer mensen met microfluïdica kunnen werken, wat hopelijk leidt tot meer innovatieve vooruitgang en ontdekking.
“Mensen werken al meer dan 20 jaar aan lab-on-a-chip-apparaten, maar het maken van prototypes in cleanrooms is een rem op succes. De weg naar de markt stopt met schone kamers. Met 3D-printen is er een weg naar de markt”, zegt Nordin.
“Onze nieuwe aanpak helpt je bij het overwinnen van enkele van de grote hindernissen die het gebruik van deze technologie in echte toepassingen in de weg staan. We moeten nog zien dat iemand dat pakt en ermee aan de slag gaat, maar we hopen zeker dat ze dat zullen doen.”
De opwindende ontwikkeling van het team heeft nu al een positieve invloed op toekomstig werk aan de universiteit – op dit moment maakt Nordin de weg vrij voor multidisciplinair onderzoek met zes andere professoren aan de BYU om beter grip te krijgen op wat deze nieuwe 3D-printmethode kan zijn gebruikt om te bereiken, waaronder het opstellen van behandelplannen voor patiënten met longziekte, het nauwkeuriger concluderen van biomarkers voor vroeggeboorte en het begrijpen van cel- en weefselactiviteit op een veel kleinere schaal.
(Bron/Afbeeldingen: BYU)
creditSource link
