Stampa 3D Polyjet utilizzata per realizzare gli stampi PDMS per il concetto di progetto di microfluidica Trapper scorrevole
La microfluidica , che oggigiorno spesso incrocia percorsi con la stampa 3D , si occupa di manipolare e controllare il flusso di fluidi in canali piccoli, spesso su scala sub-millimetrica. Molti dispositivi microfluidici sono stati sviluppati per aiutare nell’analisi cellulare, il che è molto utile per il campo medico . Per la sua tesi della University of Saskatchewan , intitolata ” Sul principio scorrevole dei dispositivi micro-fluidici per un potenziale utilizzo in celle di ordinamento di diverse dimensioni con un unico dispositivo “, Annal Arumugam Arthanari Arumugam si è concentrata su un nuovo concetto di design microfluidico noto come principio scorrevole .
Nel documento, Arumugam spiega che mentre ci sono molti dispositivi microfluidici in grado di catturare, isolare, posizionare e ordinare singole celle, la maggior parte può funzionare solo con celle della stessa dimensione. I dispositivi microfluidici sintonizzabili possono essere utilizzati per acquisire e ordinare celle singole da 20 a 30 μm, ma molte applicazioni hanno un intervallo di dimensioni desiderato compreso tra 2 μm e 100 μm, o anche più.
“Questa tesi ha innanzitutto condotto un’analisi dei diversi principi di funzionamento dei dispositivi per l’acquisizione e l’ordinamento di singole celle, tentando una soluzione al problema”, afferma la tesi. “Come risultato, questa tesi ha proposto un nuovo principio per i dispositivi per eseguire l’ordinamento di singole celle con le dimensioni delle celle che vanno da 2 μm a 100 μm, e questo principio è chiamato” principio scorrevole “. Per dimostrare il funzionamento del principio di scorrimento, un dispositivo che contiene un micro-trapper o un pozzo basato su questo principio è stato progettato e fabbricato utilizzando la litografia morbida con lo stampo fabbricato con una tecnologia di stampa 3D. L’esperimento condotto con la microscopia (risoluzione: 1-3 micron) e lo stadio di movimento (risoluzione: 1 micron), che mostra che il dispositivo può regolare la dimensione del trapper del pozzo, da 0 a 1000 μm e coprendo la dimensione della cella desiderata gamma (es. 2 μm a 100 μm). Secondo la letteratura corrente sull’approccio meccanico per catturare e classificare singole celle di dimensioni diverse con un dispositivo, il dispositivo basato sul principio di scorrimento dovrebbe essere potenzialmente applicabile per catturare e classificare singole celle di dimensioni diverse con un dispositivo. “
Il requisito di funzione generale del dispositivo (FR) è quello di essere in grado di catturare celle di dimensioni diverse, da 2 μ a 100 μ, con una risoluzione di 2-5 μm. Requisiti di sottofunzione inclusi:
Il dispositivo che il contatto con le celle doveva essere fatto da materiale biocompatibile, con sforzo massimo nella cella inferiore a 4,5 Pa, e l’intervallo di regolazione dello scorrimento inferiore a 1000 μm. Arumugam ha considerato due diverse opzioni di progettazione per il suo trapper scorrevole, ma il primo non ha funzionato, in quanto la superficie di contatto di due blocchi potrebbe non essere stata sufficientemente piatta da consentire uno scorrimento uniforme tra i blocchi e la perdita è stata possibile. Quindi si concentrò invece sulla seconda opzione.
“In questo modello, ci sono due fogli (in alto e in basso)”, ha spiegato Arumugam. “Su ogni foglio, ci sono alcuni pozzi (tuttavia, in questa tesi solo un pozzo è considerato senza perdita di generalità), che sono nella forma di un quadrato. In particolare, sul foglio superiore, il quadrato è convesso con una parte sporgente, e nel foglio inferiore, il quadrato è concavo. Dopo che i due fogli sono stati assemblati (la parte superiore in basso), formano un sistema … “
Una guida, un rack e blocchi superiori e inferiori, con fogli incorporati realizzati in PDMS, costituiscono il meccanismo; un singolo stadio assiale con la risoluzione di movimento di ~ 3 um, realizzato con polimerizzazione completa 835 Vero bianco più materiale, ha aiutato a guidare il blocco superiore. Arumugam ha utilizzato la stampa 3D Polyjet per realizzare uno stampo per le parti PDMS.
Nel test del progetto, il dispositivo è stato misurato per verificare se ha soddisfatto “le specifiche di progetto nella geometria e nella topologia del dispositivo” e anche l’operazione di scorrimento è stata misurata, al fine di “esaminare il cambiamento del pozzetto”.
Mentre le misurazioni sono state soddisfacenti per i fogli PDMS e hanno dimostrato che il concetto di principio scorrevole è effettivamente valido, sono stati erosi leggermente sui lati, il che rende la spaziatura dei canali meno accurata; il motivo di questo danno era dovuto al PDMS appiccicoso che non si staccava in modo pulito dallo stampo durante la polimerizzazione.
Arumugam ha spiegato: “Nell’esperimento, nei primi tentativi, il PDMS non si è solidificato correttamente e il foglio PDMS (parte stampata) è rimasto attaccato allo stampo e danneggiato durante il processo di separazione. Per risolvere questo problema, lo stampo stampato in 3D è stato precotto nel forno per 85 ° C per 4 ore e è stata eseguita la successiva polimerizzazione del foglio PDMS. Tuttavia, il problema non è completamente scomparso. Questo problema è responsabile per l’imprecisione (~ 2um) della parte stampata in termini di dimensioni e danni superficiali. Quella risoluzione è parzialmente dovuta alla dimensione del canale, che è 1 mm. La dimensione del canale influisce sul focus della microscopia e, successivamente, sul numero di pixel che possono essere coperti dalla vista, e quindi sulla risoluzione, in particolare sulla lunghezza per pixel (8.547um ora). Supponiamo che la dimensione massima del canale sia 100 μm.
L’autore raccomanda alcuni lavori futuri per aiutare a far progredire la tecnologia dei dispositivi microfluidici, come l’ottimizzazione della fabbricazione dei canali PDMS e ulteriori modifiche del suo progetto.
