El campo de la microfluídica sigue creciendo a medida que se utiliza en una variedad de aplicaciones: ingeniería de tejidos , detección y administración de fármacos, sensores , bioimpresión y más. 

(3dprint)-La microfluídica implica manipular y controlar los flujos de fluidos a escala micrométrica; son esencialmente un pequeño sistema de plomería con una superposición creciente  con la impresión 3D . La forma tradicional de fabricar dispositivos microfluídicos es mediante una compleja técnica de fotolitografía, que requiere varios pasos y se lleva a cabo en una sala limpia con un ambiente controlado. Se envía un líquido de silicona fluyendo sobre una superficie estampada, luego se cura para que los patrones formen canales en la silicona solidificada.

Pero un equipo de investigadores de la Universidad de Minnesota , junto con el Centro de Soldados del Comando de Desarrollo de Capacidades de Combate del Ejército de los EE. UU. , Encontraron una forma de imprimir en 3D canales de microescala fluidos que podrían usarse para ayudar a automatizar la fabricación de sensores, diagnósticos y ensayos para pruebas médicas … no es necesario un cuarto limpio.

“Este nuevo esfuerzo abre numerosas posibilidades futuras para los dispositivos de microfluidos. Ser capaz de imprimir en 3D estos dispositivos sin una sala limpia significa que las herramientas de diagnóstico pueden ser impresas por un médico directamente en su oficina o impresas de forma remota por soldados en el campo ”, explicó Michael McAlpine, profesor de ingeniería mecánica de la UMN y líder de la Investigación McAlpine de la UMN. Grupo .

McAlpine, quien tiene la Cátedra de la Familia Kuhrmeyer en el Departamento de Ingeniería Mecánica, también es el investigador principal del equipo, que publicó un estudio sobre su trabajo, » Estructuras elastoméricas autoportantes impresas en 3D para microfluidos multifuncionales «, en revisó la revista Science Advances . Otros coautores del estudio son el estudiante graduado en ingeniería mecánica de la UMN, Ruitao Su; Los investigadores y candidatos a doctorado en ingeniería eléctrica e informática de la UMN, Jiaxuan Wen y Qun Su; El Dr. Michael S. Wiederoder, investigador del Centro de Soldados de la CCDC del Ejército de los Estados Unidos; El profesor Louis John Schnell de la UMN en Ingeniería Eléctrica e Informática, Steven Koester; y el Dr. Joshua R. Uzarski, también del Centro de Soldados CCDC del Ejército.

“Los dispositivos de microfluidos fabricados mediante litografía blanda han demostrado aplicaciones atractivas como el diagnóstico de laboratorio en un chip, microarrays de ADN y ensayos basados ​​en células. Estas tecnologías podrían desarrollarse aún más integrando directamente microfluídicos con sensores electrónicos y sustratos curvilíneos, así como mejorando la automatización para un mayor rendimiento. Los métodos actuales de fabricación aditiva, como la estereolitografía y la impresión de chorro múltiple, tienden a contaminar los sustratos con resinas no curadas o materiales de soporte durante la impresión ”, afirma el resumen.

Lo que es realmente emocionante aquí, según los investigadores, es que esta es la primera vez que vemos estructuras de microfluidos impresas en 3D directamente sobre una superficie curva. Este es un paso importante más cerca de imprimirlos directamente en la piel de una persona para sentir los fluidos corporales en tiempo real.

“Las estructuras microfluídicas autoportantes permiten la fabricación automatizada de dispositivos multifuncionales, incluidos mezcladores multimateriales, sensores integrados de microfluidos, componentes de automatización y microfluidos 3D”, escribieron los investigadores.

El equipo utilizó una impresora 3D personalizada para imprimir canales de microfluidos, tres veces el tamaño de un cabello humano, directamente sobre una superficie, en un solo paso, en un laboratorio abierto, no en una sala limpia. Utilizaron una serie de válvulas para controlar, bombear y redirigir el flujo de fluido a través de los diminutos canales. Todos los dispositivos utilizados en la investigación actúan como prueba de concepto para su hipótesis.

“Aquí, presentamos una metodología de impresión automatizada basada en extrusión que puede alinear e imprimir directamente estructuras de microfluidos elastoméricos en sustratos planos y curvilíneos con una mínima participación de posprocesamiento. Seleccionando tintas con un límite elástico adecuado y controlando los perfiles de las estructuras voladizas impresas, se pueden realizar paredes autoportantes y encerrarlas aún más para formar estructuras huecas como canales y cámaras. Dado que la distancia de extensión de microfluidos está en el régimen submilimétrico, se produce un momento de flexión suficientemente pequeño que las paredes impresas pueden soportar, lo que hace que este método sea adecuado para imprimir estructuras de microfluidos. Las trayectorias de herramientas de impresión se pueden diseñar para crear transiciones sin fugas entre canales y cámaras, intersecciones en forma de T y canales superpuestos ”, escribieron los investigadores.

Los microfluidos que el equipo imprimió en 3D en una superficie curva también se integraron con sensores electrónicos para capacidades de laboratorio en un chip.

McAlpine reiteró: «Poder imprimir en una superficie curva también abre muchas nuevas posibilidades y usos para los dispositivos, incluida la impresión de microfluidos directamente sobre la piel para la detección en tiempo real de los fluidos y funciones corporales».

Si bien la impresión 3D de los canales de microfluidos en una superficie curva ciertamente los hace únicos, otro aspecto importante de esta investigación es el hecho de que podrían fabricarse fuera de una sala limpia. Esto significa que hay un futuro en el que los dispositivos se pueden producir, con resultados repetibles, con automatización basada en robótica.

 

Partes de esta investigación se completaron en el Minnesota Nano Center, que cuenta con el apoyo de la National Science Foundation a través de la Red Nacional de Infraestructura Coordinada de Nanotecnología (NNCI). El trabajo fue financiado por la Oficina de Investigación del Ejército de los Estados Unidos a través del Centro de Soldados CCDC; el Instituto Nacional de Bioingeniería e Imágenes Biomédicas del Instituto Nacional de Salud (NIH); y la Iniciativa de Economía de Descubrimiento, Investigación e Innovación de Minnesota (MnDRIVE).