Onderzoekers hebben een magnetisch aangedreven roterend microfilter gefabriceerd dat kan worden gebruikt om deeltjes in een microfluïdisch apparaat te filteren. Ze maakten het kleine draaiende filter door een magnetisch materiaal te maken dat kan worden gebruikt met een zeer nauwkeurige 3D-printtechniek die bekend staat als twee-fotonpolymerisatie.

Microfluïdische apparaten, ook bekend als lab-on-a-chip-apparaten, kan worden gebruikt om meerdere laboratoriumfuncties uit te voeren in een chip die meestal een paar vierkante centimeter of minder meet. Deze apparaten bevatten ingewikkelde netwerken van microfluïdische kanalen en worden steeds complexer. Ze kunnen nuttig zijn voor een verscheidenheid aan toepassingen, zoals het screenen van moleculen op therapeutisch potentieel of het uitvoeren van bloedtesten die ziekte detecteren.

"Door de richting van het externe magnetische veld te veranderen, het microfilter dat we hebben gemaakt, kan op verzoek op afstand worden gemanipuleerd om deeltjes van bepaalde grootte te filteren of om ze allemaal door te laten, " zei Dong Wu, een lid van het onderzoeksteam van de Universiteit van Wetenschap en Technologie van China. "Deze functionaliteit kan worden gebruikt voor vele soorten chemische en biologische onderzoeken die worden uitgevoerd in lab-on-a-chip-apparaten, en belangrijker nog, maakt het mogelijk om de chips opnieuw te gebruiken."

In het tijdschrift The Optical Society (OSA) Optica Letters , Wu, samen met collega's van de Hefei University of Technology en RIKEN Center for Advanced Photonics in Japan, laten zien dat hun nieuwe roterende microfilterfilters deeltjes in een microfluïdisch apparaat met hoge prestaties kunnen sorteren.

"Dit filter zou uiteindelijk kunnen worden gebruikt om cellen van verschillende groottes te sorteren voor toepassingen zoals het isoleren van circulerende tumorcellen voor analyse of het detecteren van abnormaal grote cellen die op ziekte kunnen duiden, " zei Chaowei Wang van de Universiteit van Wetenschap en Technologie van China. "Met verdere ontwikkeling zou het zelfs mogelijk kunnen worden om het te gebruiken in apparaten die in het lichaam worden geplaatst voor het opsporen van kanker."

Een veelzijdiger filter

Filters met gaten ter grootte van een micrometer worden vaak gebruikt in microfluïdische chips als een passieve manier om deeltjes of cellen te sorteren op basis van de grootte van de gaten. Echter, omdat het aantal en de vorm van de gaten in het filter niet dynamisch kunnen worden gewijzigd, beschikbare apparaten missen de flexibiliteit om verschillende soorten deeltjes of cellen op aanvraag te sorteren. Om het nut van microfluïdische apparaten uit te breiden, de onderzoekers ontwikkelden een filter dat vrij kan schakelen tussen modi zoals selectief filteren en doorgeven.

Ze creëerden het nieuwe filter met behulp van twee-fotonpolymerisatie, die een gerichte femtoseconde laserstraal gebruikt om te stollen, of polymeriseren, een vloeibaar lichtgevoelig materiaal dat bekend staat als fotoresist. Dankzij de absorptie van twee fotonen, de polymerisatie kan op een zeer nauwkeurige manier worden gedaan, waardoor de fabricage van complexe structuren op micronschaal mogelijk is.

Om het microfilter te maken, de onderzoekers synthetiseerden magnetische nanodeeltjes en mengden ze met de fotoresist. Voor het vervaardigen van het roterende microfilter moesten ze de laservermogensdichtheid optimaliseren, aantal pulsen en scanintervallen gebruikt voor polymerisatie. Na het testen van de magnetisch aangedreven eigenschappen op een glasplaatje, ze integreerden het microfilter in een microfluïdisch apparaat.

Meerdere filtermodi

Om grotere deeltjes te filteren, een magnetisch veld loodrecht op het microkanaal wordt aangelegd. Nadat het filterproces is voltooid, de grote deeltjes kunnen vrijkomen door een magnetisch veld aan te leggen dat evenwijdig is aan het microkanaal, waardoor het microfilter 90° wordt gedraaid. Het filterproces kan vervolgens indien nodig worden herhaald.

De onderzoekers verifieerden de filterprestaties van het filter met behulp van polystyreendeeltjes met een diameter van 8,0 en 2,5 micron die werden gemengd in een alcoholoplossing. "Het was duidelijk dat deeltjes kleiner dan de poriegrootte gemakkelijk door het microfilter gingen, terwijl grotere werden uitgefilterd, " zei Chenchu ​​Zhang van de Universiteit van Wetenschap en Technologie van China. "In de voorbijgaande modus, eventuele grotere deeltjes die door het filter werden opgevangen, werden weggespoeld met de vloeistof, wat verstopping van het filter voorkomt en hergebruik van het microfilter mogelijk maakt."