Al meer dan een decennium, wetenschappers hebben het potentieel van microfluïdica gepubliceerd om een ​​revolutie teweeg te brengen in het testen en analyseren van stoffen variërend van water tot DNA. Duizenden tijdschriftartikelen hebben de ontwikkeling van nieuwe microfluïdische apparaten voor diagnostische tests door onderzoekers beschreven. Miniatuur, zelfstandige analysesystemen, vaak aangeduid als labs-on-a-chip, hebben verschillende testen gestroomlijnd, het verstrekken van bijna-realtime resultaten van analyses zoals glucose- of pathogeendetectie in bloedproducten. Elk gebied dat afhankelijk is van het analyseren en identificeren van chemische en biologische elementen, bijvoorbeeld medicijn, milieubescherming, en landbouw — zouden kunnen profiteren van de snelle, beoordelingen ter plaatse mogelijk gemaakt door een lab-on-a-chip. Nog, deze apparaten blijven voornamelijk projecten die te vinden zijn in universiteiten en onderzoekslaboratoria, geen producten die in de handel verkrijgbaar zijn.

traditioneel, de fabricage van microfluïdische systemen vereist zeer bekwame ingenieurs die gebruikmaken van cleanrooms die zijn uitgerust met geavanceerde, dure fotolithografische hulpmiddelen. Vanwege de gespecialiseerde expertise en faciliteiten die betrokken zijn bij het ontwikkelen van microfluïdische apparaten, de commerciële sector beschouwt microfluïdica als een onpraktische R&D-investering in apparaten waarvan de productie niet schaalbaar is voor industriële productie. Echter, onderzoekers van het MIT Lincoln Laboratory hebben een alternatief voorgesteld dat kansen zou kunnen bieden voor het onderzoek naar, en uiteindelijk de vervaardiging van, microfluïdica.

In een recent gepubliceerd artikel in Trends in biotechnologie , David Walsh, David Kong, en Peter Carr van de Bioengineering Systems and Technologies Group van het MIT Lincoln Laboratory en Shashi Murthy van de Northeastern University presenteren een pleidooi voor het fabriceren van microfluïdische platforms in makerspaces, die doorgaans openbare voorzieningen zijn die hulpmiddelen bieden, zoals 3D-printers en lasersnijders, voor het bouwen van talloze apparaten.

"Je kunt lid worden van een makerspace voor een maandelijks bedrag vergelijkbaar met dat van een lidmaatschap van een healthclub, "Walsch zegt, opmerkend dat er alleen al op de MIT-campus 28 grote makerspaces in gebruik zijn. "Vergelijk die vergoeding met de kosten van een maandelijks lidmaatschap tot een cleanroom, die kan lopen van duizenden tot tienduizenden dollars."

In hun artikel, leggen de auteurs uit dat 3D-printers, lasersnijders, en plottersnijders (machines die digitaal gestuurde messen gebruiken om ontwerpen uit te snijden) kunnen profiteren van goedkope materialen zoals kunststoffen, papier, en laminaat. Van deze materialen functionele microfluïdische apparaten kunnen in enkele minuten worden vervaardigd tegen een fractie van de kosten van lithografisch vervaardigde apparaten.

"We hebben een geweldige kans om de toegang tot nieuwe gebruikers van microfluidics-technologie uit te breiden. Van waar ik zit op het snijvlak van microfluidics en synthetische biologie, Ik hoop dat onze paper in beslag zal worden genomen door gemeenschapsbiolabs die anders nooit zouden beginnen met microfluïdica, ' zegt Carr.

De onderzoekers hebben de makerspace van Lincoln Laboratory gebruikt, het Technologiebureau Innovatielaboratorium, of TOIL, om verschillende variaties van lab-on-a-chip-apparaten te 3D-printen of lasersnijden. Hun apparaten zijn afgestemd op biomedische toepassingen, maar Walsh zegt dat de apparaten voor veel soorten tests kunnen worden aangepast. Wijzend naar een apparaat dat lijkt op een cd-schijf bedrukt met een patroon van dunne lijnen (d.w.z. kanalen voor de vloeistoffen), Walsh legt uit dat een vloeistof, zeg een biologisch monster, wordt geïnjecteerd via een poort in de schijf. De schijf wordt dan rondgedraaid in een goedkope spinner zoals de 6-inch hoge 3D-geprinte "doos" op zijn bureau, en centrifugale kracht "duwt" het eiwit door de reeks kanalen van het apparaat die reagentia bevatten. De resulterende reactie, misschien een kleurverandering of een fluorescerende, geeft de aanwezigheid en concentratie aan van de doelbiomarker waarvoor de onderzoeker aan het testen is.

"Dit proces duurt seconden, " zegt Wals, het benadrukken van een van de voordelen die microfluïdica zou kunnen bieden voor point-of-care-diagnostiek. De snelheid van de test, samen met het kleine formaat van het apparaat, heeft de interesse van de medische gemeenschap gewekt om lab-on-a-chip-apparaten te gebruiken voor gepersonaliseerde gezondheidsmonitoring, zoals het controleren van iemands cholesterol, of voor diagnostiek in veldhospitalen of klinieken in achterstandsgebieden die niet direct toegang hebben tot laboratoriumfaciliteiten. Echter, de hoge kosten die gepaard gaan met onderzoek en ontwikkeling van microfluïdische apparaten hebben de acceptatie van microfluïdische middelen voor een breed scala aan biomedische tests belemmerd.

De fabricage-opties van Makerspace bieden niet alleen de voordelen van lage kosten, maar ook van snelle ontwikkelings-testcycli. In hun artikel, de auteurs illustreren een snelle prototyping-aanpak voor het maken van microfluïdische apparaten:ontwerp onderdelen met computerondersteunde software, snijd de onderdelen met een laser of plottersnijder, en monteer de unit door de onderdelen te lamineren. Driedimensionale printsystemen maken een andere snelle doorloopmethode mogelijk voor het fabriceren van microfluïdische systemen, en nieuwe 3D-printtechnieken maken het meer mogelijk om microfluïdica te vervaardigen met een hoge optische helderheid en minimale lekkage.

Een ander voordeel van het werken in makerspaces is dat de makerspace-gemeenschap bestaat uit leden met uiteenlopende expertise. Het fabriceren van prototypes in een dergelijke ruimte doet de kosten voor ontwikkelaars teniet om personeel in te huren dat is opgeleid in de specialiteiten die nodig zijn voor de productie van nieuwe apparaten, bijvoorbeeld, CAD-ontwerpers of technici die bekend zijn met de afdruk- en snijgereedschappen. "Je hebt geen experts in microfluïdica nodig om het apparaat te maken; je hebt alleen iemand nodig die de makerspace-tools kan gebruiken, ' zegt Wals.

De auteurs zien ook kansen voor makerspaces om het onderwijs in microfluïdica voor studenten van alle niveaus te verbeteren. "We zijn enthousiast over het onderwijsaspect, " zegt Walsh. "Tijdens studentenrondleidingen door Lincoln Laboratory, we hebben kinderen 3D-printen laten uitproberen in de TOIL. Studenten die een opleiding krijgen in microfluïdica in makerspaces, kunnen later in hun academische carrière interesse ontwikkelen om onderzoek in het veld te doen."

David Schot, wie beheert de TOIL, is het ermee eens:"Na een groot aantal outreach-programma's in de TOIL te hebben georganiseerd, Ik heb het genoegen gehad om studenten op te leiden in het ontwerpen, produceren, en assembleer een breed scala aan projecten met conventionele makerspace-tools en -apparatuur. Door een microfluidics-trainingsomgeving te creëren in een makerspace, studenten zouden volledige controle hebben over hun projecten en tegelijkertijd een interesse in microfluïdica ontwikkelen door middel van ontwerp, experimenteren, en testen."

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.