Polyjet 3D打印技術(shù)助力研發(fā)出能夠分選不同尺寸單細(xì)胞的微流控裝置
魔猴君 行業(yè)資訊 2127天前
組裝后的微流控芯片的PDMS頂層和底層
3D打印經(jīng)常用于微流控技術(shù),用于處理操縱和控制微小通道中亞mm級別的流體流動。研究人員已經(jīng)開發(fā)出許多微流控裝置以輔助細(xì)胞分析,醫(yī)療領(lǐng)域因此得以受益。據(jù)麥姆斯咨詢報道,來自薩斯喀徹溫大學(xué)(University of Saskatchewan)的Annal Arumugam Arthanari Arumugam發(fā)表了一篇題為《基于滑動原理幫助分選不同尺寸細(xì)胞潛在應(yīng)用的微流控裝置》的畢業(yè)論文,專注于一種全新的微流控裝置設(shè)計概念,稱為滑動原理。
論文中,Arumugam表示,雖然大多數(shù)微流控裝置都可以捕獲、分離、定位和分選單個細(xì)胞,但大多數(shù)只能用于相同尺寸的細(xì)胞??烧{(diào)諧微流控裝置可用于捕獲和分選尺寸為20至30μm的單個細(xì)胞,但是許多應(yīng)用所需的尺寸范圍為2 μm至100 μm,甚至范圍更大。
測試通道間距的實(shí)驗(yàn)裝置
論文陳述指出“本文首先對用于捕獲和分選單細(xì)胞裝置的不同工作原理展開分析,試圖找出問題解決方案。作為結(jié)果,本文提出了一種新的原理,用于對尺寸范圍在2 μm至100 μm之間的單細(xì)胞進(jìn)行分選,該原理被稱為‘滑動原理’。為了驗(yàn)證該原理的有效性,研究人員基于該原理設(shè)計了一種包含微捕獲器或微孔的裝置,該裝置的設(shè)計和制造使用了軟光刻技術(shù),其中的模具則使用3D打印技術(shù)制造。研究人員用顯微鏡(分辨率:1-3μm)和移動平臺(分辨率:1μm)展開實(shí)驗(yàn),證明了該裝置可以適應(yīng)微孔捕獲器的尺寸,范圍從0-1000μm并完全可以覆蓋所需微孔的尺寸范圍(例如:2-100μm)。根據(jù)目前關(guān)于用一種裝置捕獲和分選不同尺寸單細(xì)胞的機(jī)械方法的文獻(xiàn),基于滑動原理構(gòu)建的裝置有望適用于捕獲并分選不同尺寸的單細(xì)胞。”
該裝置的整體功能要求(function requirement,F(xiàn)R)是能夠捕獲不同尺寸的細(xì)胞,從2 μm到100μm,分辨率為2-5μm,子功能要求包括:
* 形成滑動對,使捕獲器隨滑動改變尺寸大小
* 能夠運(yùn)行一款滑動捕獲器
* 泵送細(xì)胞液流過捕獲器
可調(diào)節(jié)捕獲器的滑動原理(a)捕獲器是一個有四邊可滑動的正方形;(b)滑動某一邊以改變捕獲器尺寸
會接觸到細(xì)胞的微流控裝置必需由生物相容性材料制成,細(xì)胞中的最大應(yīng)力應(yīng)該小于4.5 Pa,滑動調(diào)整范圍小于1000 μm。Arumugam為他的滑動捕獲器考慮了兩種設(shè)計選擇,但第一種沒有成功,因?yàn)閮蓚€塊的接觸面不夠平滑,塊與塊之間沒有辦法平滑滑動,并且有可能會導(dǎo)致泄漏。因此他轉(zhuǎn)而專注于第二種設(shè)計選擇。
Arumugam解釋道,“這種設(shè)計分為兩層(頂層和底層),每一層都有幾個微孔(然而,本論文只設(shè)計了一個微孔,但不失一般性),微孔形狀為正方形。具體而言,在頂層,正方形是一個具有突出部分的凸面,底層的正方形則是凹面。當(dāng)兩層組裝在一起時(頂層在底層之上),它們就形成一個系統(tǒng)……”
頂層塊的驅(qū)動裝置
導(dǎo)軌、支架、頂層塊和底層塊,由PDMS(聚二甲基硅氧烷)制成的嵌入層構(gòu)成驅(qū)動裝置;移動分辨率約為3 um的單個軸向平臺由835剛性不透明白色材料制成,有助于驅(qū)動頂層塊。Arumugam使用Polyjet 3D打印技術(shù)為PDMS部分制作模具。
在測試設(shè)計時,該裝置被測量以查看是否符合“幾何和拓?fù)溲b置設(shè)計規(guī)范”,研究人員也測量了滑動操作以“檢驗(yàn)微孔的變化”。
PDMS層的測量值令人滿意,表明了滑動原理概念確實(shí)有效,PDMS層的側(cè)面有輕微侵蝕現(xiàn)象,使得通道間距不太精確;造成損壞的原因是粘性PDMS在固化過程中沒有從模具上剝離干凈。
用于PDMS層的3D打印模具和滑動組件,由該大學(xué)工程工作室制造
Arumugam補(bǔ)充道,“在最初的幾次實(shí)驗(yàn)嘗試中,PDMS沒有固化好,PDMS層(鑄塑件)粘在模具上,并在剝離過程中受損。為了解決這個問題,我們將3D打印模具在烤箱中以85°C預(yù)烘烤4小時,然后再進(jìn)行PDMS層的固化。然而,問題并沒有完全消失。該問題會導(dǎo)致鑄塑件在尺寸方面的不精確性(誤差約為2um),同樣也會導(dǎo)致表面損壞。分辨率問題部分可歸因?yàn)橥ǖ莱叽鐬?mm。通道尺寸會影響到顯微鏡的聚焦,進(jìn)而影響被視圖覆蓋的像素數(shù)量,最終影響像素分辨率,尤其是像素長度變成了8.547 um。假設(shè)最大通道尺寸為100 μm,測量分辨率就會變成0.855 um。”
作者也列舉了一些有助于推進(jìn)微流控裝置技術(shù)的工作,例如優(yōu)化PDMS通道的制造和進(jìn)一步修改他的設(shè)計。
文章來源:(微迷網(wǎng)) 轉(zhuǎn)載免責(zé)聲明: 本網(wǎng)站轉(zhuǎn)載的文章,其版權(quán)均歸原作者所有,如其他媒體、網(wǎng)站或個人從本網(wǎng)下載使用,請?jiān)谵D(zhuǎn)載有關(guān)文章時務(wù)必尊重該文章的著作權(quán),保留本網(wǎng)注明的“本文來源”,并自負(fù)版權(quán)等法律責(zé)任