Инженеры разрабатывают самый маленький из 3D нанопечатных микрофлюидных диодов для имплантируемых устройств

Самый маленький из когда-либо напечатанных на 3D-принтере жидкостных элементов, или микрофлюидный диод, был разработан инженерами из Университета Мэриленда (UMD). Диод настолько мал, что 10 из них можно было бы разместить по всей ширине волоса человека.

Концепция прямого лазерного письма на основе золь-геля. (Изображение предоставлено: Björn Högberg)

Микрожидкостный диод гарантирует, что жидкости движутся только в одном направлении – особенность, имеющая решающее значение для таких продуктов, как имплантируемые устройства, которые непосредственно выпускают терапию в организм человека. Он также представляет собой первое в мире применение подхода трехмерной нанопечати, которое преодолевает сложность и стоимость барьеров, которые ранее препятствовали достижениям в таких областях, как доставка лекарств и персонализированная медицина.

Подобно тому, как сжатие электрических цепей произвело революцию в области электроники, способность резко уменьшить размер трехмерной печатной микрожидкостной схемы закладывает основу для новой эры в таких областях, как фармацевтический скрининг, медицинская диагностика и микрооробототехника .

Райан Сохол, доцент кафедры машиностроения и биоинженерии, Школа инженерии им. А. Джеймса Кларка, УМД

Sochol, в сотрудничестве с аспирантами Эндрю Ламонтом и Абдуллой Альшарханом, описал новый подход в статье, опубликованной в журнале открытого доступа Nature: Scientific Reports 23 января rd 2019.

В последние годы исследователи использовали новейшую технологию трехмерной нанопечати для проектирования медицинских устройств и разработки систем «орган на кристалле». Однако сложности, связанные с подачей питательных веществ, фармацевтических препаратов и других жидкостей в такие небольшие среды без какой-либо утечки, а также затраты на устранение этих сложностей, сделали технологию неработоспособной для большинства приложений, где требуется точный контроль жидкости.

Скорее, ученые ограничились технологиями аддитивного производства, которые могут печатать только признаки, значительно более крупные, чем новый жидкий диод UMD.

« Это действительно накладывало ограничение на то, насколько маленьким может быть ваше устройство », – заявил Ламонт, студент-биоинженер, который создал стратегию и руководил анализом в рамках своих докторских исследований. « В конце концов, микрожидкостная схема в вашем микророботе не может быть больше, чем сам робот ».

Аспект, который отличает подход исследователей из школы Кларка, – это использование метода, называемого золь-гель, который позволил им закрепить свой диод стенками микромасштабного канала, напечатанного обычным полимером. Миниатюрная архитектура диода была затем непосредственно напечатана внутри канала, один слой поверх другого, сверху донизу канала.

Результатом является полностью герметичный трехмерный микрофлюидный диод, построенный всего за небольшую долю стоимости и за более короткое время по сравнению с более ранними стратегиями.

Разработанное исследователями прочное уплотнение предотвратит загрязнение контура и гарантирует, что любая жидкость, протолкнутая через диод, не попадет в неправильное место или время. Уплотнение было дополнительно укреплено путем изменения формы стенок микроканала.

В тех случаях, когда предыдущие методы требовали от исследователей пожертвовать временем и затратами на создание аналогичных компонентов, наш подход позволяет нам по сути иметь наш пирог и есть его. Теперь исследователи могут создавать трехмерные нанопечатающие сложные жидкостные системы быстрее, дешевле и с меньшими затратами труда, чем когда-либо прежде .

Райан Сохол, доцент кафедры машиностроения и биоинженерии, Школа инженерии им. А. Джеймса Кларка, УМД

Source link