I dispositivi microfluidici sono minuscoli microchip che hanno canali, pompe e valvole quasi completamente microscopici incisi al loro interno allo scopo di selezionare e analizzare cellule, biomarcatori di malattie e altre strutture in miniatura dai liquidi. I ricercatori della Brigham Young University ( BYU ) stanno lavorando con la microfluidica ormai da diversi anni e recentemente hanno dimostrato un nuovo processo di stampa 3D per creare dispositivi lab-on-a-chip microfluidici con valvole e canali che misurano solo 15 micron di dimensione, che hanno reclamo è più piccolo di qualsiasi altro mai fatto prima, ma ancora completamente funzionante.
“Abbiamo adottato l’approccio di stampa 3D convenzionale e lo abbiamo generalizzato a qualcosa di più ampio e con capacità significativamente maggiori. Questo tipo di espansione del paradigma della stampa 3D a qualcosa che va oltre l’approccio tradizionale è ciò che ci ha permesso di fare tutta questa miniaturizzazione e integrazione”, ha affermato il professore di ingegneria della BYU Greg Nordin.
Il professore di ingegneria Greg Nordin e un team di studenti e professori hanno trovato un modo per stampare in 3D dispositivi microfluidici più piccoli che mai, ma perfettamente funzionanti.
Nordin e il resto del team interdisciplinare di studenti e professori hanno pubblicato un articolo su Nature Communications che descrive il loro nuovo processo di stampa 3D generalizzato, che consente di creare componenti 3D a una risoluzione molto più elevata senza dover espandere la risoluzione effettiva della stampante.
Applicazioni come la diagnosi rapida del sangue potrebbero certamente trarre vantaggio dallo sviluppo di dispositivi microfluidici più piccoli, ma Nordin afferma che la maggior parte delle stampanti 3D commerciali non può raggiungere le dimensioni ridotte necessarie delle valvole e dei canali. Secondo lui, 27 micron è solitamente il più piccolo che anche la più sofisticata stampante 3D commerciale possa raggiungere. Ma la nuova tecnologia di stampa 3D del team BYU è stata in grado di stampare dispositivi lab-on-a-chip microfluidici fino a 7,6 micron.
“La linea di fondo è che le stampanti 3D commerciali e i materiali commerciali non possono soddisfare le esigenze di risoluzione che abbiamo per questo tipo di tecnologia. Stiamo stampando chip con componenti sofisticati che hanno 60-70 minuscole valvole e 20-30 pompe, componenti che prima d’ora non potevano essere stampati”, ha spiegato Nordin.
Il team, che comprendeva diversi studenti universitari, ha raggiunto la svolta cambiando il modo in cui sono impilati gli strati stampati in 3D sul chip. Mentre la maggior parte dei processi di stampa 3D tradizionali fabbrica strati uniformi, questo metodo regola il numero, l’ordine e lo spessore degli strati sovrapposti. Proprio in questo modo, i ricercatori della BYU affermano che il loro dispositivo lab-on-a-chip può essere stampato su una scala molto più piccola e anche con molto meno denaro.
Un altro potenziale vantaggio principale del lavoro del team nel realizzare piccoli dispositivi lab-on-a-chip stampati in 3D è una maggiore accessibilità nella ricerca sulla microfluidica. Ad esempio, le camere bianche non sono necessarie quando si utilizza una stampante 3D per realizzare i dispositivi e, poiché il costo di fabbricazione dovrebbe diminuire, più persone saranno in grado di lavorare con la microfluidica, auspicabilmente portando a progressi e scoperte più innovativi.
“Le persone lavorano su dispositivi lab-on-a-chip da oltre 20 anni, ma realizzare prototipi nelle camere bianche è un ostacolo al successo. La strada per il mercato si ferma con le camere bianche. Con la stampa 3D, c’è una strada per il mercato”, ha affermato Nordin.
“Il nostro nuovo approccio ti consente di superare alcuni dei grandi ostacoli che impediscono l’utilizzo di questa tecnologia nelle applicazioni del mondo reale. Dobbiamo ancora vedere che qualcuno lo prenda e se ne vada, ma speriamo certamente che lo facciano”.
L’entusiasmante sviluppo del team sta già avendo un impatto positivo in termini di lavoro futuro all’università: in questo momento, Nordin sta aprendo la strada alla ricerca multidisciplinare con altri sei professori della BYU per ottenere una migliore padronanza di ciò che questo nuovo metodo di stampa 3D può essere utilizzati per raggiungere, compresa la creazione di piani di trattamento per i pazienti con malattie polmonari, la conclusione più accurata di biomarcatori di nascita pretermine e la comprensione dell’attività cellulare e tissutale su scala molto più ridotta.
