Grootte is belangrijk als het gaat om het sorteren van biologische materialen. Van het identificeren van pathogenen tot het screenen op medicamenteuze behandelingen, het vermogen om deeltjes snel te identificeren en te scheiden op basis van hun grootte is een steeds belangrijker hulpmiddel bij het diagnosticeren en behandelen van patiënten, volgens Huanyu "Larry" Cheng, Dorothy Quiggle Professor in loopbaanontwikkeling aan het Department of Engineering Science and Mechanics van Penn State. Cheng en zijn internationale medewerkers aan de Xiangtan University in China ontwikkelden een goedkope, efficiënte manier om een ​​flexibel sorteerapparaat te fabriceren voor gebruik in biomedische sensoren.

Ze publiceerden hun aanpak deze week in ACS toegepaste materialen en interfaces , een tijdschrift van de American Chemical Society.

Traditionele microfluïdische apparaten worden geproduceerd met nauwkeurige metingen om deeltjes van specifieke grootte te sorteren, zoals het identificeren van de pathogenen die ten grondslag liggen aan een infectie in het bloed van een patiënt. De apparaten worden gebouwd in cleanrooms met zeer gespecialiseerde apparatuur om de nodige nauwkeurigheid te bereiken.

"Microfluïdische apparaten zijn erg belangrijk, maar we moeten ze beter fabriceren, " zei Cheng. "De huidige methoden kunnen dagen duren, zo niet weken, en ze zijn vaak duur."

Om de kosten en tijd van het produceren van de apparaten te verminderen, lieten de onderzoekers zich inspireren door wat ze willen monitoren:de bendy, rekbaar, soms rimpelig menselijk lichaam.

Ze gebruikten een polymeer dat koolstof en silicium bevat, PDMS genaamd, die stijf wordt bij behandeling met ultraviolet licht. Zodra het bovenoppervlak van het polymeer stijf was, ze strekten het uit, waardoor kleine scheurtjes in de stijve laag ontstaan. De onderzoekers kapselden het vervolgens in met een andere deklaag van hetzelfde polymeer.

Volgende, ze herhaalden het proces, maar rekten het polymeer uit voordat ze het met UV-licht behandelden. Zodra ze het uitgerekte polymeer met een stijf oppervlak loslieten, het rimpelde, met kleine rimpels langs zijn gezicht.

Wanneer de apparaten worden uitgerekt en losgelaten, de scheuren en rimpels werken als kleppen, waardoor kleine deeltjes kunnen stromen terwijl grotere objecten worden tegengehouden.

"We kunnen de scheuren of de rimpels gebruiken om de vloeistofstroom te manipuleren, zei Cheng. "Deze mechanische vervormingen zijn niet nieuw, maar ze zijn niet onderzocht voor gebruik in microfluïdische apparaten. We eindigden met een mooi huwelijk tussen de twee structuren, die eenvoudig en tegen lage kosten kunnen worden vervaardigd."

Cheng richt zich op het ontwikkelen van flexibele, rekbare sensoren die de gezondheid van een persoon draadloos kunnen bewaken door middel van fysieke bewegingen en chemische signalen in het zweet, huid en meer. Het doel, hij zei, is om het comfort en de kwaliteit van leven van de patiënt te verbeteren en tegelijkertijd zoveel mogelijk informatie te verkrijgen om diagnose en behandeling te helpen.

"We willen een standalone ontwikkelen, rekbaar systeem dat zorgt voor de lange termijn, continu gebruik van draadloze detectieapparatuur om zowel de mogelijkheden als het comfort van gezondheidsmonitoring voor patiënten te verbeteren, " zei Cheng. "Het vermogen om een ​​goedkope, grootschalige aanpak om verdere tests mogelijk te maken, is een cruciaal onderdeel van een dergelijk systeem."

De onderzoekers zijn van plan om verder samen te werken, Chen zei, en zal onderzoeken hoe het microfluïdische apparaat nog efficiënter kan worden geproduceerd en gebruikt.