La stampa 3D offre un impatto significativo sulla microfluidica
I ricercatori presentano una panoramica della microfluidica per la stampa 3D nella recente pubblicazione ” Stampa 3D funzionale per chip microfluidici “. Consentendo un’epica “riduzione” delle applicazioni biochimiche e dal laboratorio a una modalità portatile, la microfluidica stampata in 3D può essere applicata a molte applicazioni diverse da sensori e attuatori a parti progettate per il movimento come valvole, pompe o flusso di fluido.
Gli scienziati prevedono che la stampa 3D in microfluidica sarà il precursore di una “nuova generazione” di dispositivi intelligenti in grado di adattarsi al loro ambiente e alle esigenze umane. Come prevedeva il nome, la microfluidica indirizza i piccoli flussi di fluidi verso la loro destinazione, di solito personalizzati per un’applicazione di laboratorio o un “punto di cura”. La stampa 3D è stata utilizzata anche per i chip poiché la tecnologia è entrata nel mainstream, offrendo uno dei suoi maggiori vantaggi: la velocità di produzione.
“Idealmente, l’utente non deve essere uno specialista e l’installazione non richiede una grande quantità di apparecchiature esterne”, spiegano i ricercatori. “Per un dispositivo in grado di soddisfare queste esigenze, è vantaggioso un progetto autonomo di funzionalità operative”.
I ricercatori sottolineano che la stampa 3D è diventata una vera alternativa alle tecniche convenzionali come lo stampaggio, ma principalmente con articoli funzionali come valvole e sensori; ad esempio, gli autori menzionano il caso di un sensore di deformazione creato per offrire dati sulla forza dei tessuti, consentendo ai medici di valutare la risposta del tessuto cardiaco ai farmaci.
Le tecnologie tipiche utilizzate sono:
Stereolitografia (SLA)
Stampa 3D FDM
Getti fotopolimerici
I design delle pompe sono stampati in 3D per offrire un flusso simile a quello di una pompa a siringa, ma eliminano la necessità di tanto hardware e consentono una maggiore accessibilità alla microfluidica.
“Il progetto più elementare di una pompa si basa su valvole precedentemente descritte. Combinando tre valvole sulla parte superiore di un canale del fluido e azionando le valvole in successione, viene ricreato il principio di funzionamento di una pompa peristaltica “, affermano i ricercatori.
Un nuovo impressionante dispositivo creato dai ricercatori dimostra recentemente come un cuore su un chip può essere utilizzato per misurare la forza del tessuto cardiaco. Il chip è fabbricato tramite la scrittura diretta dell’inchiostro e richiede sei inchiostri diversi. Inoltre, interessante è un nuovo sensore di deformazione creato attraverso la stampa 3D incorporata, e-3DP, con inchiostro resistivo che è composto da particelle di carbonio in olio di silicone e quindi estruso in un elastomero di silicone. Sono stati creati anche altri sensori, come quelli per la deformazione morbida, la forza e le misure tattili.
“Con il rilevamento integrato e la lettura on-line dei dati, i controller hardware esterni consentono la reazione precisa a stimoli specifici, controllando efficacemente gli elementi incorporati. Questo “outsourcing” di elementi normativi dal laboratorio al chip è un passo fondamentale verso l’automazione dei chip microfluidici. Inoltre, rende la tecnologia più accessibile ad altri laboratori e riduce i costi delle apparecchiature “, concludono i ricercatori.
“L’impatto presente e futuro delle tecnologie di stampa 3D nel campo della microfluidica è innegabile. Ereditando le caratteristiche intrinseche della stampa 3D, lo sviluppo di dispositivi microfluidici è diventato esso stesso senza limiti, per quanto riguarda l’architettura, le dimensioni e il numero di dispositivi prodotti. Tutto ciò può essere attualmente raggiunto con la stampa 3D e il suo processo di produzione altamente automatizzato che consente un livello altrettanto illimitato di riproducibilità e personalizzazione al volo. “
Proprio come la tecnologia di stampa 3D si avvale di enormi strutture – sia nella costruzione di un’installazione artistica , di un razzo o di un’intera casa – è altrettanto popolare oggi tra gli utenti nella creazione su microscala.
Valvole a comando pneumatico. a) Schemi e microfotografia di una valvola nel suo stato aperto e chiuso. Riprodotto con permesso.3 Copyright 2015, Royal Society of Chemistry. b) Progettazione CAD di una valvola a membrana. c) Illustrazione schematica nel suo stato aperto e chiuso. Il canale di lavaggio consente di svuotare la camera di controllo dopo la stampa. b, c) Riprodotto con permesso. 5 Copyright 2016, Royal Society of Chemistry. d) Illustrazione schematica del disegno miniaturizzato successivo. Riprodotto con permesso.21 Copyright 2015, Pubblicazione AIP. Concatenazione di valvole controllate pneumaticamente per formare una pompa. a) Fotografia di una pompa peristaltica, stampata SLA con WaterShed XC 11122. Riprodotta con permesso.3 Copyright 2015, Royal Society of Chemistry. b) progettazione CAD di una pompa. I canali grigi servono per eliminare la resina dopo la stampa. c) Fotografia della pompa stampata mostrata in (b). d) Diagramma schematico ed e) Progettazione CAD del multiplexer. b – e) Riprodotto con permesso.5 Copyright 2016, Royal Society of Chemistry. 