Недавно исследователи Массачусетского технологического института разработали новую техннологию с использованием метода 3D-печати из нескольких материалов и разработали самонагревающиеся микрофлюидные устройства. Эти устройства имеют встроенные нагревательные элементы, которые позволяют точно контролировать температуру жидкостей, протекающих через микроскопические каналы внутри устройства.
Согласно заявлению, эта техника в скором будущем может быть использована для быстрого создания дешевых, но точных инструментов для обнаружения множества заболеваний.
Например, поясняется, что при миниатюризации и интеграции в домашние приборы для тестирования на COVID-19 микрофлюидные компоненты облегчают проведение химических реакций, тем самым выявляя заболевания в крошечных образцах крови или жидкости.
Однако в некоторых случаях требуется проведение химических реакций при определенных температурах. Поэтому команда исследователей использовала «мультиматериальную 3D-печать для разработки самонагревающихся микрофлюидных устройств со встроенными нагревательными элементами с помощью единого недорогого производственного процесса».
По данным MIT, ученые создали устройства, способные нагревать жидкость до точных температур, проходя при этом через микроскопические каналы внутри миниатюрного аппарата.
Исследователи подчеркнули, что устройства легко настраиваются, а их производстство крайне экономично - для создания готового к использованию одного микрофлюидного устройства требуется около 2 долларов.
Ученые стремились способствовать созданию точных и доступных инструментов для выявления заболеваний, особенно в отдаленных регионах с ограниченным доступом к дорогостоящему лабораторному оборудованию.
Говоря об использовании устройства, Луис Веласкес-Гарсия, старший автор научной статьи, описывающей технологию изготовления, заявил:
«Чистые помещения, в частности, где обычно производятся эти устройства, невероятно дороги в строительстве и эксплуатации. Но мы можем создать очень мощные самонагревающиеся микрофлюидные устройства с помощью аддитивного производства, которые можно сделать намного быстрее и дешевле, чем с помощью традиционных методов».
Исследователи применили экструзионную 3D-печать из нескольких материалов, включающую два материала — биоразлагаемый полимер (PLA), обычно используемый в 3D-печати, и модифицированную версию PLA, содержащую наночастицы меди. Этот модифицированный PLA становится проводящим, когда через него проходит электричество, выделяя тепло.
Ученые напечатали нагревательный резистор и микрофлюидные каналы за один шаг, что позволило пропускать жидкости при их нагревании. Кроме того, они добавили тонкий изолирующий слой между резистором и микрофлюидными каналами, чтобы предотвратить утечку жидкости.
Веласкес-Гарсия сказал: «Когда вы думаете об этом, это удивительно, потому что материал PLA является диэлектриком, но когда вы добавляете эти примеси наночастиц, это полностью меняет физические свойства. Это то, что мы еще не до конца понимаем, но это случается и повторяется».
Окончательный инструмент имеет размер всего четвертака США и может быть изготовлен за несколько минут. Он содержит каналы шириной 500 микрометров и высотой 400 микрометров, обеспечивающие поток жидкостей и поддерживающие химические реакции внутри микрофлюидной системы.
Материал PLA должен быть прозрачным, чтобы можно было наблюдать за жидкостями внутри устройства. Веласкес-Гарсия объяснил важность прозрачности, заявив, что наблюдение за процессом необходимо для понимания химических реакций.
В настоящее время исследователи изготовили прототип, который нагревает жидкость на четыре градуса по Цельсия. Этот метод позволит настроить устройства для нагрева жидкостей по определенным шаблонам и градиентам.
«Возможность напрямую печатать микрофлюидные чипы с жидкостными каналами и электрическими функциями одновременно открывает очень интересные возможности применения при обработке биологических образцов, например, для амплификации биомаркеров или для приведения в действие и смешивания жидкостей», — заявил Никлас Роксхед, доцент Шведского университета, который также участвовал в исследовании.
Кроме того, как сказали ученые, из-за того, что PLA со временем разлагается, можно даже подумать об имплантируемых материалах, которые со временем рассасываются.
