Le système fluidique peut moduler les compositions fluides via des réactions spatialement différentes entre les fluides et les parois des canaux, ce qui n'a pas encore été réalisé dans les systèmes fluidiques traditionnels.

Ce travail a été réalisé par l'équipe de recherche de l'équipe de microfluidique et de matière molle du professeur Anderson Ho Cheung Shum au Département de génie mécanique de la Faculté de génie.

Leur découverte a été publiée dans Nature Communications , intitulé "Système fluidique inspiré du réseau vasculaire (VasFluidics) avec parois membraneuses spatialement fonctionnalisables."

"Le contrôle brillant de la composition sanguine dans les vaisseaux est remarquable et essentiel, et nous incite à réfléchir à la façon de concevoir de nouveaux systèmes fluidiques", a déclaré Yafeng Yu, le premier auteur du projet de recherche.

Le réseau vasculaire sanguin, un système fluidique naturel, a inspiré la recherche. Guidée par le réseau vasculaire, l'équipe du professeur Shum a développé VasFluidics, un système fluidique doté de parois membranaires fonctionnalisables. Semblables aux parois des vaisseaux sanguins, les parois des canaux VasFluidic sont fines, molles et capables de modifier la composition liquide par des moyens physiques ou chimiques.

Cette étude démontre la puissance de VasFluidics dans le traitement des fluides. Une fois que les régions de canaux séparées ont été déposées avec des solutions ou recouvertes d'enzymes, certaines régions des canaux VasFluidic permettent physiquement à des molécules spécifiques de traverser les parois des canaux, tandis que d'autres modifient chimiquement les compositions liquides. Les résultats rappellent les processus d'adsorption et de métabolisme du glucose dans le corps humain.

"VasFluidics est assez différent des systèmes fluidiques traditionnels. Les parois des canaux des appareils traditionnels sont généralement imperméables et ne peuvent pas fonctionner comme de vrais tissus pour "communiquer" avec les fluides à l'intérieur ou à l'extérieur du canal pour une modulation des fluides", a expliqué Yafeng Yu.

La technique rapportée combine l'impression 3D et l'auto-assemblage de matériaux souples. Le groupe de recherche imprime un liquide dans un autre liquide non miscible, en assemblant des membranes souples à l’interface liquide-liquide. Outre les recherches liées à la microfluidique, le groupe du professeur Shum se concentre également sur l'assemblage de matériaux mous à l'interface liquide. La base théorique et expérimentale des matériaux souples dans leurs recherches antérieures ouvre la voie à la fabrication de dispositifs VasFluidic.

« VasFluidics a des applications prometteuses, en particulier pour la conception de structures de microtubules et de bio-liens. Il a donc un grand potentiel pour être combiné avec l'ingénierie cellulaire pour développer des modèles de vaisseaux sanguins artificiels, qui devraient être utilisés dans des applications biomédicales, telles que les organes sur puce et organoïdes », a déclaré le Dr Yi Pan, contributeur à cette recherche, auparavant titulaire d'un doctorat. étudiant dans le groupe du professeur Shum et actuellement professeur agrégé à la Faculté de médecine de l'Université Jiaotong du Sud-Ouest.

Le Dr Wei Guo, un autre contributeur à cette recherche et professeur adjoint de recherche dans le groupe du professeur Shum, a ajouté :« Outre les mérites scientifiques et les applications biomédicales potentielles de ce travail, il stimule également notre imagination. Le tissu vasculaire du corps humain, un système de transport efficace, a été affiné au cours de millions d'années d'évolution.

"En démontrant le potentiel des systèmes synthétiques comme VasFluidics pour reconstruire les tissus vasculaires, cette recherche représente une avancée substantielle dans nos efforts pour imiter et exploiter les capacités extraordinaires des systèmes naturels les plus précis et les plus efficaces."

L'équipe du professeur Shum s'est concentrée sur des techniques microfluidiques de pointe pour repousser les limites du contrôle précis des (bio)liquides et de l'analyse efficace des échantillons de (bio)liquides. Malgré leurs progrès dans les applications biomédicales assistées par microfluidique, l'équipe de recherche a refusé de se contenter des configurations traditionnelles.

En explorant et en réalisant le potentiel de la microfluidique pour un traitement et une analyse plus efficaces des biofluides, l'équipe réalise que de nouveaux paradigmes dans la conception et la fabrication de dispositifs fluidiques sont nécessaires.

"Notre objectif à long terme est d'utiliser la microfluidique pour développer une analyse ultra-sensible des fluides corporels humains, pour aider la médecine de précision contre les maladies et pour bénéficier à la santé humaine", a déclaré le professeur Shum.

Le professeur Shum prévoit que le système VasFluidics sera un pionnier des plates-formes biomimétiques avec manipulation complexe des fluides. "Les applications biomédicales potentielles sont illimitées. Les exemples sont la modélisation in vitro de la mécanique des fluides biologiques, la synthèse de biomolécules, le dépistage de médicaments et la modélisation de maladies dans les organes sur puces", a-t-il déclaré.

Plus d'informations : Yafeng Yu et al, Système fluidique inspiré du réseau vasculaire (VasFluidics) avec parois membraneuses spatialement fonctionnalisables, Nature Communications (2024). DOI :10.1038/s41467-024-45781-3

Informations sur le journal : Communications naturelles

Fourni par l'Université de Hong Kong