Abbiamo precedentemente menzionato l’argomento della microfluidica all’interno di questa serie di articoli. microfluidicasi occupa del comportamento, del controllo preciso e della manipolazione di fluidi che sono geometricamente vincolati a una scala piccola, tipicamente sub-millimetrica, in base alla quale la penetrazione capillare governa il trasporto di massa. È un campo multidisciplinare all’incrocio tra ingegneria, fisica, chimica, biochimica, nanotecnologia e biotecnologia, con applicazioni pratiche nella progettazione di sistemi in cui vengono elaborati bassi volumi di fluidi per ottenere il multiplexing, l’automazione e lo screening ad alta produttività. La microfluidica è emersa all’inizio degli anni ’80 e viene utilizzata nello sviluppo di testine di stampa a getto d’inchiostro, chip di DNA, tecnologia lab-on-a-chip, micro-propulsione e tecnologie micro-termiche. Spiegheremo l’importanza di questa tecnologia nell’ambito del bioprinting di seguito.
La storia della microfluidica risale agli anni ’70 e sono stati creati i primi sistemi di stampa a getto d’inchiostro. Era noto come un sistema di gestione dei fluidi per le stampanti. Negli anni ’70 è stato realizzato un gascromatografo miniaturizzato su un wafer di silicio. Alla fine degli anni ’80 erano state presentate anche le prime micro-valvole e micro-pompe basate sulla micro-lavorazione del silicio. Micro-lavorazione si riferisce alla tecnica per la fabbricazione di strutture 3D e 2D su scala micrometrica. Negli anni seguenti sono stati presentati diversi sistemi di analisi basati sul silicio. Tutti questi esempi rappresentano sistemi microfluidici poiché consentono il controllo preciso di volumi fluidi decrescenti da un lato e la miniaturizzazione delle dimensioni di un sistema di gestione dei fluidi dall’altro.
La tecnologia microfluidica può essere sfruttata bene per analisi biochimiche e biomediche. Questa tecnologia inizialmente è stata utilizzata in questi campi per il rilevamento di sostanze chimiche. Questo può essere utile se vogliamo testare un biomateriale per tossicità, per esempio. La tossicità è vitale se vogliamo utilizzare un biomateriale per scopi di bioprinting. Con un campione o un biomateriale contaminato, danneggeremo il corpo se viene usato per sostituire un rene, per esempio. Utilizziamo anche microfluidica per stampare effettivamente il materiale, ad esempio un tessuto. Il tubo o la pompa associati ad alcuni bioprinters si basa sulla tecnologia microfluidica. Di seguito è riportato un video di un’azienda che ha un sistema di stampa basato su ugelli microfluidici:
I maggiori vantaggi delle configurazioni di bioprinting basate su microfluidica includono:
Migliore controllo del materiale a livello di micro materiali
Maggiore risoluzione delle stampe
Migliori risultati macroscopici
Uso di più materiali
La microfluidica consente un migliore controllo del materiale a livello micro a causa della precisione di una pompa o di un tubo microfluidico quando si tratta di dirigere il flusso di biomateriale all’esecuzione effettiva della stampa. Grazie ad un controllo così preciso al microlivello, i sistemi si adattano naturalmente al macrolevel e producono stampe estremamente belle e ad alta risoluzione. Al di fuori della risoluzione e della precisione rilevate in precedenza, la tecnologia microfluidica ci consente di creare stampe multi-materiale per scopi di biostampa. Con la tecnologia microfluidica siamo in grado di creare i nostri materiali all’interno della tecnologia della stampante stessa. Non vi è alcuna necessità di fabbricazione di laboratorio del materiale. Una camera microfluidica può controllare la miscelazione di vari materiali in casa. Le camere microfluidiche controllano quando due o più materiali opposti possono essere mescolati insieme.
Questa tecnologia è ancora nuova e in rapida espansione. Con il futuro dei biomateriali e bioprinting, stiamo cercando di standardizzare la tecnologia attraverso lo spettro del campo. La microfluidica prende il processo di pensiero della tecnologia vecchia scuola con le stampanti a getto d’inchiostro, ma ora sta unendo metodi nuovi e innovativi all’interno del settore in rapida crescita della bioprinting. Fa sì che un sacco di cose interessanti vengano nel loro complesso.
