Ingenieurs van de Universiteit van Maryland (UMD) hebben het eerste 3D-geprinte vloeistofcircuitelement gemaakt dat zo klein is dat er 10 op de breedte van een mensenhaar kunnen rusten. De diode zorgt ervoor dat vloeistoffen in slechts één richting bewegen - een cruciale functie voor producten zoals implanteerbare apparaten die therapieën rechtstreeks in het lichaam afgeven.

De microfluïdische diode vertegenwoordigt ook het eerste gebruik van een 3D-nanoprintstrategie die eerdere barrières op het gebied van kosten en complexiteit doorbreekt die vooruitgang op gebieden van gepersonaliseerde geneeskunde tot medicijnafgifte belemmeren.

"Net zoals krimpende elektrische circuits een revolutie teweegbrachten op het gebied van elektronica, de mogelijkheid om de grootte van 3D-geprinte microfluïdische circuits drastisch te verkleinen, vormt de basis voor een nieuw tijdperk op gebieden zoals farmaceutische screening, medische diagnostiek, en microrobotica, " zei Ryan Sochol, een assistent-professor in werktuigbouwkunde en bio-engineering aan de A. James Clark School of Engineering van UMD.

Sochol, samen met afgestudeerde studenten Andrew Lamont en Abdullah Alsharhan, schetste hun nieuwe strategie in een paper dat vandaag in het open-access tijdschrift is gepubliceerd Natuur:wetenschappelijke rapporten .

Wetenschappers hebben de afgelopen jaren gebruik gemaakt van de opkomende technologie van 3D-nanoprinten om medische apparaten te bouwen en 'orgaan-op-een-chip'-systemen te creëren. Maar de complexiteit van het pushen van geneesmiddelen, voedingsstoffen, en andere vloeistoffen in zulke kleine omgevingen zonder lekkage - en de kosten om die complexiteit te overwinnen - maakten de technologie onpraktisch voor de meeste toepassingen die nauwkeurige vloeistofregeling vereisen.

In plaats daarvan, onderzoekers waren beperkt tot additieve productietechnologieën die functies printen die aanzienlijk groter zijn dan de nieuwe UMD-vloeistofdiode.

"Dit legde echt een limiet op hoe klein je apparaat zou kunnen zijn, " zei Lamont, een student bio-ingenieur die de aanpak ontwikkelde en de tests leidde als onderdeel van zijn promotieonderzoek. "Ten slotte, het microfluïdische circuit in je microrobot kan niet groter zijn dan de robot zelf."

Wat de strategie van het Clark School-team onderscheidt, is het gebruik van een proces dat bekend staat als sol-gel, waardoor ze hun diode konden verankeren aan de wanden van een kanaal op microschaal dat bedrukt was met een gewoon polymeer. De minuscule architectuur van de diode werd vervolgens direct in het kanaal gedrukt - laag voor laag, vanaf de bovenkant van het kanaal naar beneden.

Het resultaat is een volledig gesloten, 3-D microfluïdische diode gemaakt tegen een fractie van de kosten en in minder tijd dan eerdere benaderingen.

De sterke zegel die ze bereikten, die het circuit beschermt tegen vervuiling en ervoor zorgt dat vloeistof die door de diode wordt geduwd niet op het verkeerde moment of op de verkeerde plaats wordt vrijgegeven, werd verder versterkt door een nieuwe vorm van de microkanaalwanden.

"Waar bij eerdere methoden onderzoekers tijd en kosten moesten opofferen om vergelijkbare componenten te bouwen, onze aanpak stelt ons in staat om in wezen onze cake te hebben en deze ook op te eten, "Zei Sochol. "Nu, onderzoekers kunnen complexe vloeistofsystemen sneller 3D-nanoprinten, goedkoper, en met minder arbeid dan ooit tevoren."