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【Science子刊】微流控芯片再升级!科学家首次通过微米级3D打印技术,开发用于医学检验的多功能曲面微流控芯片

首页 » 《转》译 2020-10-13 转化医学网 赞(2)
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导读
微流控(Microfluidics)芯片也被称为芯片实验室(Lab on a Chip),其通过使用微管道(尺寸为数十到数百微米)处理或操纵微小流体,具有微型化、集成化等特征,在生物医学研究中具有巨大的发展潜力和广泛的应用前景。近日,美国科学家首次通过3D打印技术,开发出可用于医学检验的多功能曲面微流控芯片。
  转化医学网早前报道,明尼苏达大学的研究人员3D打印出了能够正常运转的厘米级人类心脏泵(相关阅读:【新发现】首次!美国明尼苏达大学:3D打印厘米级人类心脏泵,能够正常运转),以及能够模拟患者真实感受的心脏瓣膜模型(相关阅读:【Science子刊】明尼苏达大学完成3D打印心脏瓣膜模型,模拟患者真实感受)。
  而近期,在一项新研究中,明尼苏达大学的研究人员与美国陆军作战能力发展司令部士兵中心合作,以微米级3D打印技术开发出了一种独特的微流控芯片,该芯片可以自动生成用于化验和诊断的传感器,以及用于各种医学检验和其他应用的分析。
  该团队首次在曲面上完成这类结构的3D打印,这为未来人们直接将它们打印在皮肤上,以进行实时的体液检测迈出了第一步。

  该研究由明尼苏达大学机械工程系教授Michael McAlpine领导,并于10月9日发表在《科学进展》杂志,题为“3D printed self-supporting elastomeric structures for multifunctional microfluidics”。


  微流控技术是一个快速发展的领域,该技术可控制微米级(百万分之一米)的流体流动。微流控技术广泛应用于环境传感、医学诊断(如COVID-19和癌症)、妊娠检测、药物筛选和分娩以及其他生物检测。
  目前,全球微流控市场价值估计为数十亿美元。微流控设备通常使用光刻技术在可控环境的洁净室中制造,该技术复杂且繁琐。制造过程使用硅酮液体,该液体流过图案表面,然后固化,以使图案在固化的硅酮板中形成通道。

  在这项新研究中,研究人员通过3D打印一步完成了微流控通道。他们使用定制的3D打印机,在开放的实验室环境中直接在表面上打印微流控通道。这些通道的直径约为300微米,约为人类头发直径的三倍。研究小组表明,该通道可以通过一系列阀门,对流体进行控制、泵送和重新定向。


  3D打印的微流控阀门、泵和球形微流控网络
  能够在洁净室环境之外打印这些微流控通道,使这些设备在生产时,可利用机器人的自动化和便携性。研究人员还首次将微流控通道直接打印在曲面上。此外,他们还将其与电子传感器集成,以实现芯片实验室的传感能力。
  Michael McAlpine教授说:“这项新的研究为微流控装置开辟了许多可能性。能够在没有洁净室的情况下对这些设备进行3D打印,这意味着诊断工具可以由医生直接在办公室打印,也可以由战场上的士兵远程打印。”
  研究人员还表示:“能够在弯曲的表面上进行打印也为该设备带来了许多新的可能性和用途,如直接在皮肤上打印微流控通道以实时检测体液和机体功能。”(转化医学网360zhyx.com)
 参考资料:

【1】https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-10/uom-r3p100920.php

【2】https://advances.sciencemag.org/content/6/41/eabc9846

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