Gocce monodisperse modellate da microparticelle strutturate in 3D

Un team di ricercatori dell’UCLA ha utilizzato la microstampa 3D per produrre ciò che chiamano le prime fasi di un “laboratorio su una particella”.

Le strutture stampate assomigliano a tazze a forma di U in miniatura, o provette, e sono lunghe solo mezzo millimetro circa. I ricercatori dell’UCLA sostengono che le tazze possono essere utilizzate per facilitare reazioni chimiche parallele in modo ripetibile, poiché possono essere stampate in modo affidabile con le stesse dimensioni più volte.

Dino Di Carlo, l’autore principale dello studio, spiega: “Sono come minuscole provette, ma migliaia di volte più piccole di quelle attualmente utilizzate nei laboratori. A differenza delle provette tradizionali, queste si riempiono automaticamente per contenere un volume di fluido delle dimensioni di una singola cella. E poiché sono di dimensioni uniformi, sono ideali per eseguire reazioni chimiche ripetibili. Questo è un requisito fondamentale nella ricerca biologica e nella diagnostica sanitaria “.

Un’emulsione è la combinazione di due liquidi non miscelabili, come olio e acqua. Quando si mescolano olio e acqua, può esserci un breve periodo di tempo in cui i due componenti sono realmente miscelati (questa è la fase di emulsione), ma presto si separano e l’olio tende a raggrupparsi in baccelli piuttosto che essere distribuito uniformemente nell’acqua . Le micro-provette stampate in 3D sono in definitiva intese come “emulsioni corazzate”, mantenendo componenti altrimenti non miscelabili uniformemente distribuiti l’uno nell’altro per lunghi periodi di tempo.

Prima che potesse avvenire qualsiasi stampa, tuttavia, il team ha dovuto modellare matematicamente la geometria delle strutture, le loro proprietà superficiali e il modo in cui questi parametri interagiscono con i fluidi volumetrici. Quindi, utilizzando l’approccio di microstampa basato sui raggi UV del team, le strutture sono state fabbricate e messe alla prova.

Ogni struttura presenta un esterno idrofobo e un interno idrofilo, che le consentono di catturare le singole goccioline di fluido dell’emulsione. In quanto tali, i fluidi catturati consentono che le reazioni chimiche si verifichino in uno spazio ristretto, per cui le singole cellule possono essere mantenute in vita e studiate nei propri baccelli. Ad esempio, è possibile osservare campioni cellulari per identificare determinate caratteristiche, come i livelli di produzione di enzimi o le resistenze ai farmaci. Poiché il volume osservato è così piccolo, i prodotti di reazione possono accumularsi a livelli significativi nel giro di poche ore, accelerando potenzialmente le sperimentazioni farmacologiche o gli esperimenti diagnostici sanitari.

Oltre a fornire un guscio stabile per l’emulsione all’interno, le strutture possono essere utilizzate anche come strumenti di identificazione. La loro chimica superficiale può essere modificata per mirare a determinati marker di malattia, il tutto emettendo segnali chimici unici, quasi come un codice a barre.

Di Carlo aggiunge: “Riteniamo che questo nuovo approccio ‘lab-on-a-particle’ mostri la promessa di scavalcare i precedenti sistemi ‘lab-on-a-chip’ eliminando la necessità di complessi sistemi di pompaggio e controllo. Produrre e utilizzare le emulsioni corazzate è abbastanza facile con apparecchiature di laboratorio comuni come pipette e centrifughe. Ciò potrebbe consentire a più laboratori di ricerca in tutto il mondo di condurre ricerche di impatto senza investimenti significativi in ​​attrezzature “.

Ulteriori dettagli sullo studio possono essere trovati nel documento intitolato ” Gocce monodisperse modellate da microparticelle strutturate in 3D “. È stato scritto da Chueh-Yu Wu, Mengxing Ouyang, Bao Wang, Joseph de Rutte, Alexis Joo, Matthew Jacobs, Kyung Ha, Andrea L. Bertozzi e Dino Di Carlo.

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