Zarejestruj się teraz

Zaloguj sie

Zgubione hasło

Zgubiłeś swoje hasło? Wprowadź swój adres e-mail. Otrzymasz link i utworzysz nowe hasło e-mailem.

Dodaj post

Musisz się zalogować, aby dodać post .

Dodaj pytanie

Aby zadać pytanie, musisz się zalogować.

Zaloguj sie

Zarejestruj się teraz

Witamy na stronie Scholarsark.com! Twoja rejestracja zapewni Ci dostęp do większej liczby funkcji tej platformy. Możesz zadawać pytania, wnosić wkład lub udzielać odpowiedzi, przeglądaj profile innych użytkowników i wiele więcej. Zarejestruj się teraz!

Wewnątrz tych włókien, kropelki są w ruchu: Urządzenie mikroprzepływowe do mieszania, rozsadzający, a testowanie płynów może otworzyć nowe możliwości w badaniach przesiewowych

Urządzenia mikroprzepływowe to małe systemy z mikroskopijnymi kanałami, które można wykorzystać do testów i badań chemicznych lub biomedycznych. W potencjalnie zmieniającym grę postępie, Naukowcy z MIT włączyli systemy mikroprzepływowe do poszczególnych włókien, dzięki czemu możliwe jest przetwarzanie znacznie większych objętości płynu, w bardziej złożony sposób. W sensie, postęp otwiera nową erę „makro” mikroprzepływów.

Poprzez integrację przewodów przewodzących wraz z kanałami mikroprzepływowymi w długich włóknach, naukowcy byli w stanie wykazać zdolność do sortowania komórek — w tym przypadku, oddzielanie żywych komórek od martwych, ponieważ komórki reagują inaczej na pole elektryczne. Żywe komórki, pokazany na zielono, są ciągnięte w kierunku zewnętrznej krawędzi kanałów, podczas gdy martwe komórki (czerwony) są ciągnięte w kierunku środka, pozwalając na przesyłanie ich do oddzielnych kanałów.
Ilustracje dzięki uprzejmości badaczy.

Tradycyjne urządzenia mikroprzepływowe, opracowany i szeroko stosowany w ciągu ostatnich kilku dekad, są produkowane na strukturach przypominających mikroczipy i zapewniają sposoby mieszania, rozsadzający, i badanie płynów w mikroskopijnych objętościach. Testy medyczne, które wymagają tylko maleńkiej kropelki krwi, na przykład, często polegają na mikroprzepływach. Ale niewielka skala tych urządzeń również stwarza ograniczenia; na przykład, generalnie nie są przydatne w procedurach, które wymagają większych objętości cieczy do wykrycia substancji obecnych w niewielkich ilościach.

Zespół badaczy z MIT znalazł sposób na obejście tego, tworząc mikroprzepływowe kanały wewnątrz włókien. Włókna można wytwarzać tak długo, jak to konieczne, aby pomieścić większą przepustowość, i zapewniają doskonałą kontrolę i elastyczność nad kształtami i wymiarami kanałów. Nowa koncepcja została opisana w artykule ukazującym się w tym tygodniu w czasopiśmie Materiały Narodowej Akademii Nauk, napisany przez studenta MIT Rodger Yuan, profesorowie Joel Voldman i Yoel Fink, i czterech innych.

Podejście multidyscyplinarne

Projekt powstał w wyniku wydarzenia „speedstorming” (połączenie burzy mózgów i szybkich randek, pomysł zainicjowany przez profesora Jeffreya Grossmana) zainicjował to Fink, gdy był dyrektorem Laboratorium Badawczego Elektroniki MIT. Wydarzenia mają na celu pomóc naukowcom w opracowaniu nowych projektów współpracy, poprzez przeprowadzanie przez pary studentów i doktorów habilitowanej burzy mózgów przez sześć minut naraz i wymyślanie setek pomysłów w ciągu godziny, które są oceniane i oceniane przez panel. W tej konkretnej sesji Speedstorming, studenci elektrotechniki pracowali z innymi w materiałoznawstwie i technologii mikrosystemów, aby opracować nowatorskie podejście do sortowania komórek przy użyciu nowej klasy włókien multimateriałowych.

Yuan wyjaśnia, że, chociaż technologia mikroprzepływowa została szeroko rozwinięta i szeroko stosowana do przetwarzania niewielkich ilości cieczy, cierpi na trzy nieodłączne ograniczenia związane z całkowitym rozmiarem urządzenia, ich profile kanałów, oraz trudność we wprowadzaniu dodatkowych materiałów, takich jak elektrody.

Ponieważ są one zwykle wytwarzane przy użyciu metod wytwarzania chipów, urządzenia mikroprzepływowe są ograniczone wielkością płytek krzemowych stosowanych w takich systemach, które są nie więcej niż około 8 cale w poprzek. A metody fotolitograficzne użyte do wykonania takich chipów ograniczają kształty kanałów; mogą mieć tylko kwadratowe lub prostokątne przekroje poprzeczne. Wreszcie, wszelkie dodatkowe materiały, takie jak elektrody do wykrywania lub manipulowania zawartością kanałów, muszą być indywidualnie umieszczone na miejscu w osobnym procesie, poważnie ograniczając ich złożoność.

„Technologia chipów krzemowych jest naprawdę dobra w tworzeniu profili prostokątnych, ale wszystko poza tym wymaga naprawdę specjalistycznych technik,” mówi Yuan, który wykonał pracę w ramach pracy doktorskiej. „Mogą robić trójkąty, ale tylko pod pewnymi określonymi kątami”. Wraz z zespołem opracował nową metodę opartą na włóknach, możliwość realizacji różnych kształtów przekrojów kanałów, w tym gwiazda, przechodzić, lub kształty muszek, które mogą przydać się do konkretnych zastosowań, takie jak automatyczne sortowanie różnych typów komórek w próbce biologicznej.

Ponadto, do mikroprzepływów konwencjonalnych, elementy takie jak przewody czujnikowe lub grzejne, lub urządzenia piezoelektryczne do wywoływania drgań w próbkach płynów, należy dodać na późniejszym etapie przetwarzania. Ale można je całkowicie zintegrować z kanałami w nowym systemie opartym na włóknach.

Kurczący się profil

Podobnie jak inne złożone systemy światłowodowe opracowane przez lata w laboratorium współautora Yoela Fink, profesor inżynierii materiałowej i kierownik Advanced Functional Fabrics of America (AFFOA) konsorcjum, Włókna te powstają, zaczynając od nadwymiarowego cylindra polimerowego zwanego preformą. Te preformy zawierają dokładny kształt i materiały pożądane dla końcowego włókna, ale w znacznie większej formie — co znacznie ułatwia ich wykonanie w bardzo precyzyjnych konfiguracjach. Następnie, preforma jest podgrzewana i ładowana do wieży zrzutowej, gdzie jest powoli przeciągany przez dyszę, która zaciska go do wąskiego włókna, które ma jedną czterdziestą średnicy preformy, z zachowaniem wszelkich wewnętrznych kształtów i układów.

W trakcie, materiał jest również wydłużony o współczynnik 1,600, tak, że 100-milimetrowy (4-cal-długi) preforma, na przykład, staje się błonnikiem 160 metrów długości (o 525 stopy), w ten sposób radykalnie pokonując ograniczenia długości nieodłącznie związane z obecnymi urządzeniami mikroprzepływowymi. Może to mieć kluczowe znaczenie w przypadku niektórych aplikacji, takie jak wykrywanie mikroskopijnych obiektów, które występują w bardzo małych stężeniach w płynie — na przykład, niewielka liczba komórek rakowych wśród milionów normalnych komórek.

„Czasami trzeba przetworzyć dużo materiału, ponieważ to, czego szukasz, jest rzadkie,” mówi Voldman, profesor elektrotechniki specjalizujący się w mikrotechnologii biologicznej. To sprawia, że ​​ta nowa technologia mikroprzepływowa oparta na włóknach jest szczególnie odpowiednia do takich zastosowań, on mówi, ponieważ „włókna mogą być dowolnie długie”,„daje więcej czasu na pozostanie cieczy wewnątrz kanału i interakcję z nim.

Podczas gdy tradycyjne urządzenia mikroprzepływowe mogą tworzyć długie kanały, zapętlając się tam iz powrotem na małym chipie, wynikające z tego skręty i skręty zmieniają profil kanału i wpływają na sposób przepływu cieczy, natomiast w wersji fiber mogą być wykonane tak długo, jak jest to potrzebne, bez zmian kształtu i kierunku, umożliwienie nieprzerwanego przepływu, Yuan mówi.

System umożliwia również włączenie do światłowodu elementów elektrycznych, takich jak przewody przewodzące. Mogą być używane na przykład do manipulowania komórkami, za pomocą metody zwanej dielektroforezą, w której na komórki oddziałuje w różny sposób pole elektryczne wytwarzane między dwoma przewodzącymi przewodami po bokach kanału.

Z tymi przewodzącymi przewodami w mikrokanale, można kontrolować napięcie tak, że siły „popychają i ciągną ogniwa”, i możesz to zrobić przy wysokich natężeniach przepływu,„Voldman mówi.

Jako demonstracja, zespół stworzył wersję długokanałowego urządzenia światłowodowego przeznaczonego do oddzielania komórek, sortowanie martwych komórek od żywych, i udowodnił swoją skuteczność w realizacji tego zadania. Z dalszym rozwojem, oczekują, że będą w stanie dokonać bardziej subtelnego rozróżniania między typami komórek, Yuan mówi.

„Dla mnie był to wspaniały przykład tego, jak bliskość grup badawczych w interdyscyplinarnym laboratorium, takim jak RLE, prowadzi do przełomowych badań, zainicjowany i prowadzony przez doktoranta. Nas, wydział, w zasadzie wciągnęli nasi studenci,” Fink mówi.

Naukowcy podkreślają, że nie widzą w nowej metodzie substytutu obecnej mikrofluidyki, które bardzo dobrze sprawdzają się w wielu zastosowaniach. „To nie ma na celu zastąpienia; ma na celu wzbogacenie” obecnych metod, Voldman mówi, dopuszczenie nowych funkcji do konkretnych zastosowań, które wcześniej nie były możliwe.

„Przykład siły współpracy interdyscyplinarnej”, nowe zrozumienie powstaje tutaj z nieoczekiwanych kombinacji wytwarzania, Inżynieria materiałowa, fizyka przepływu biologicznego, i projektowanie mikrosystemów,” mówi Amy Herr, profesor bioinżynierii na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley, kto nie był zaangażowany w te badania. Dodaje, że ta praca „dodaje ważne stopnie swobody — w odniesieniu do geometrii przekroju poprzecznego włókien i właściwości materiału — do powstających strategii projektowania mikroprzepływowego opartego na włóknach”.


Źródło: http://news.mit.edu, autorstwa Davida L. Kupiec

Zostaw odpowiedź