Druk 3D Polyjet wykorzystywany do tworzenia form PDMS dla koncepcji projektowania Slaper Microfluidics

W artykule Arumugam wyjaśnia, że ​​chociaż istnieje wiele mikroprzepływowych urządzeń, które mogą wychwytywać, izolować, pozycjonować i sortować pojedyncze komórki, większość może działać tylko z komórkami tej samej wielkości. Do przechwytywania i sortowania pojedynczych komórek o rozmiarach 20 do 30 μm można użyć przestrajalnych urządzeń mikroprzepływowych, ale wiele aplikacji ma pożądany zakres wielkości od 2 μm do 100 μm, lub nawet więcej.

"Ta teza po raz pierwszy przeprowadziła analiza różnych zasad działania urządzeń do przechwytywania i sortowania pojedynczych komórek, próba rozwiązania problemu "- stwierdza teza. "W rezultacie teza ta zaproponowała nową zasadę dla urządzeń do sortowania pojedynczych komórek o wielkości komórki w zakresie od 2 μm do 100 μm, a zasada ta nosi nazwę" zasada przesuwu ". Aby udowodnić działanie zasady ślizgowej, zaprojektowano i wykonano urządzenie zawierające mikro-pułapkę lub studnię opartą na tej zasadzie i wykonano je przy użyciu miękkiej litografii z formą wykonaną w technologii druku 3D. Eksperyment przeprowadzony z mikroskopem (rozdzielczość: 1-3 mikronów) i etapem ruchu (rozdzielczość: 1 mikron), który pokazuje, że urządzenie może dostosować rozmiar łapacza do odwiertu, w zakresie od 0 do 1000 μm i pokrywając pożądany rozmiar komórki zakres (tj. 2 μm do 100 μm). Zgodnie z aktualną literaturą dotyczącą mechanicznego podejścia do wychwytywania i sortowania pojedynczych komórek o różnych rozmiarach za pomocą jednego urządzenia, urządzenie zbudowane w oparciu o zasadę przesuwu powinno potencjalnie mieć zastosowanie do przechwytywania i sortowania pojedynczych komórek o różnych rozmiarach za pomocą jednego urządzenia. " CD3D .

Ogólnym wymaganiem funkcji urządzenia (FR) jest możliwość przechwytywania komórek o różnych rozmiarach, od 2 μ do 100 μ, z rozdzielczością 2-5 μm. Wymagania podfunkcji obejmowały:

Urządzenie, z którym komórki stykają się musiały być wykonane z materiału biokompatybilnego, z maksymalnym naprężeniem w ogniwie mniejszym niż 4,5 Pa, a zakres regulacji przesuwu mniejszy niż 1000 μm . Arumugam rozważał dwie różne opcje konstrukcyjne dla swojej przesuwanej tratwy, ale pierwsza nie zadziałała, ponieważ powierzchnia styku dwóch bloków mogła nie być wystarczająco płaska, aby umożliwić płynne przesuwanie się między blokami i możliwy był wyciek. Zamiast tego skupił się na drugiej opcji.

"W tym projekcie są dwa arkusze (górny i dolny)," wyjaśnił Arumugam. "Na każdym arkuszu znajduje się kilka odwiertów (jednak w tej pracy rozważa się tylko jedną studnię bez utraty ogólności),które mają postać kwadratu. W szczególności, na górnym arkuszu, kwadrat jest wypukły z wystającą częścią, aw dolnym arkuszu kwadrat jest wklęsły. Po złożeniu dwóch arkuszy (u góry na dole) tworzą system ... "

Prowadnica, stojak i bloki górny i dolny, z osadzonymi arkuszami wykonanymi z PDMS, tworzą mechanizm ; pojedynczy osiowy etap z rozdzielczością ruchu ~ 3 um, wykonany z pełnego utwardzenia 835 Vero white plus materiał, pomógł napędzać górny blok. Arumugam użył drukowania Polyjet 3D do stworzenia formy dla części PDMS.

Podczas testowania projektu mierzono urządzenie, aby sprawdzić, czy spełnia ono "specyfikację projektu w geometrii i topologii urządzenia", oraz operacja przesuwna została również zmierzona, aby "zbadać zmianę odwiertu".

Podczas gdy pomiary były zadowalające dla arkuszy PDMS i pokazały, że koncepcja zasuwy jest rzeczywiście ważna, zostały one erodowane trochę po bokach, co powoduje, że odstęp między kanałami jest mniej dokładny; powodem tego uszkodzenia było to, że lepki PDMS nie złuszczał się całkowicie z formy podczas utwardzania.

Arumugam wyjaśnił: "W eksperymencie, w pierwszych kilku próbach, PDMS nie zestalił się prawidłowo, i arkusz PDMS (część formowana) przykleił się do formy i uszkodził podczas procesu odrywania. Aby rozwiązać ten problem, drukowaną formę 3D wstępnie prasowano w piecu w temperaturze 85 ° C przez 4 godziny i prowadzono następnie utwardzanie arkusza PDMS. Jednak problem nie zniknął całkowicie. Ten problem jest odpowiedzialny za niedokładność (~ 2um) wypraski pod względem wymiaru, jak również uszkodzenia powierzchni. Ta rozdzielczość jest częściowo spowodowana rozmiarem kanału, który wynosi 1 mm. Rozmiar kanału wpływa na ostrość mikroskopu, a następnie na liczbę pikseli, które mogą być pokryte przez widok, a tym samym rozdzielczość, w szczególności długość na piksel (obecnie 8.547um). Załóżmy, że maksymalny rozmiar kanału wynosi 100 μm. Wtedy rozdzielczość pomiaru będzie wynosić 0,855 um. "