Naukowcy opracowali technikę mikrofluidyczną do drukowania żywych komórek w celu inżynierii tkankowej

Urządzenia mikroprzepływowe są używane do manipulowania drobnymi kroplami płynu, a kiedy mówię maleńkie, mam na myśli to - rozmiary kropel są między mikrometrem a milimetrem. Zazwyczaj chipy z małymi kanałami przepływowymi i reaktorami są wykorzystywane do układów laboratoryjnych na chipie, a podczas gdy chipy są z pewnością cenne, w dużej mierze dzięki temu, że kropelki mogą fizycznie przenosić inne substancje, z prędkością, z jaką zostaw chip jest zbyt wolny. Ponieważ zwykle wychodzą około jednego mikrolitra na minutę, wypełnienie zaledwie jednego centymetra sześciennego zajęłoby około 17 godzin.

Naukowcy z UT zastanawiali się, czy prędkość można zwiększyć, manipulując płynami w powietrzu, zamiast w mikrokanałach. Odpowiedź okazała się twierdząca, a dzięki nowej, pozbawionej chipów technice można wypełnić centymetr sześcienny w ciągu zaledwie kilku minut. Niedawno zespół opublikował artykuł zatytułowany "Mikrofluidyka w powietrzu umożliwia szybkie wytwarzanie emulsji, zawiesin i materiałów modułowych (bio)", w czasopiśmie Science Advances, w którym szczegółowo opisano ich technikę; współautorami są: Claas Willem Visser z grupy UT Physics of Fluids, Tom Kamperman z zespołem Developmental BioEngineering, Lisanne P. Karbaat, Detlef Lohse i Marcel Karperien.

Zarówno Kamperman, jak i Visser są zaangażowani w nowe IamFluidics spin-off, w którym technika IAMF jest używana do tworzenia funkcjonalnych materiałów i cząstek.

Streszczenie brzmi: "Mikroprzepływowe chipy zapewniają niezrównaną kontrolę nad kropelkami i dyszami, które rozwinęły wszystkie nauki przyrodnicze. Aplikacje mikroprzepływowe można jednak znacznie rozszerzyć, zwiększając przepustowość na jeden kanał i bezpośrednio wykorzystując moc wyjściową chipów do szybkiej produkcji dodatków. Te funkcje odblokowujemy za pomocą mikrofluidyki na powietrzu, nowej platformy bez chipa, która pozwala manipulować strumieniami cieczy w powietrzu w mikroskali. Kontrolując skład i wpływ mikrokulek w powietrzu za pomocą kapsułkowania naprężonego powierzchniowo, wytwarzamy monodyspersyjne emulsje, cząstki i włókna o średnicy 20 do 300 μm z szybkościami, które są 10 do 100 razy wyższe niż mikroprzepływowe mikroprzepływy oparte na chipach . Co więcej, mikrofluidyka w powietrzu w wyjątkowy sposób umożliwia modułowe wytwarzanie trójwymiarowych (3D) wieloskalowych (bio) materiałów w jednym kroku, ponieważ kropelki są częściowo zestalone podczas lotu i mogą być natychmiast drukowane na podłożu. Mikrofluidyka w powietrzu jest cytokompatybilna, jak wykazano przez addytywne wytwarzanie modularnych konstrukcji 3Ddostosowane mikrośrodowiska dla wielu typów komórek. Jego kontrola w linii, wysoka przepustowość i rozdzielczość oraz kompatybilność cytokin powodują, że mikrokledyka w powietrzu jest wszechstronną technologią platformy dla nauki, przemysłu i opieki zdrowotnej. "

Naukowcy wykorzystali dwa strumienie płynu do wychwytywania żywych komórek wewnątrz materiału do druku 3D: od pierwszego strumienia, kropelki są następnie filmowane przy drugim strumieniu. Utworzenie dysz wyrzuconych z rur ze stopionej krzemionki nie było trudne i można je przenieść od 100 do 1000 razy szybciej niż krople poruszające się z płynnego kanału mikrochipa. Ponadto, stosując dysze, które zawierają różne typy płynów reakcyjnych, kolizja kropel może tworzyć nowe materiały.

W dokumencie stwierdza się, że "IAMF pomija także potrzebę wytwarzania chipów w pomieszczeniach czystych i ściany kanału obróbka powierzchni, zapobiega zatykaniu wywołanemu przez zestalenie i umożliwia bezolejowe wytwarzanie mikrocząstek (na przykład mikrożel). Te cechy ułatwiają zastosowanie technologii mikroprzepływowych w środowiskach, które nie są łatwo kompatybilne z mikroprzepływowymi chipami. "

IAMF używa bezpośredniego osadzania kapsułek lub cząstek w powietrzu na podłożu, dlatego drukowanie trójwymiarowe w wielu modułach biomateriały w zaledwie jednym kroku.

Te "bio-bloki" są drukowane w strukturze 3D przypominającej gąbkę, a wewnętrzna struktura biomateriałów nie różni się od struktury naturalnej tkanki. Ponadto, podczas gdy wiele technik druku 3D wykorzystuje promieniowanie UV lub ciepło, które mogłoby spowodować uszkodzenie żywych komórek, technika IAMF zastosowana przez naukowców nie używa żadnej z nich. To sprawia, że ​​jest to obiecująca metoda inżynierii tkankowej.