Depuis plus d'une décennie, les scientifiques ont rendu public le potentiel de la microfluidique pour révolutionner le test et l'analyse de substances allant de l'eau à l'ADN. Des milliers d'articles de revues ont relaté le développement par les chercheurs de nouveaux dispositifs microfluidiques pour les tests de diagnostic. Miniature, systèmes d'analyse autonomes, souvent appelés laboratoires sur puce, ont rationalisé divers tests, fournissant des résultats en temps quasi réel d'analyses telles que la détection de glucose ou d'agents pathogènes dans les produits sanguins. Tout domaine qui repose sur l'analyse et l'identification d'éléments chimiques et biologiques, par exemple, Médicament, protection environnementale, et l'agriculture - pourraient bénéficier de la rapidité, évaluations sur site rendues possibles par un laboratoire sur puce. Encore, ces appareils restent principalement des projets trouvés dans les universités et les laboratoires de recherche et non des produits disponibles dans le commerce.

Traditionnellement, la fabrication de systèmes microfluidiques a nécessité des ingénieurs hautement qualifiés utilisant des salles blanches équipées de systèmes sophistiqués, outils de photolithographie coûteux. En raison de l'expertise spécialisée et des installations impliquées dans le développement de dispositifs microfluidiques, le secteur commercial a considéré la microfluidique comme un investissement de R&D peu pratique dans des dispositifs dont la production n'est pas adaptable à la fabrication industrielle. Cependant, des chercheurs du MIT Lincoln Laboratory ont proposé une alternative qui pourrait ouvrir des opportunités pour la recherche dans, et finalement la fabrication de, microfluidique.

Dans un article récemment publié dans Tendances en biotechnologie , David Walsh, David Kong, et Peter Carr du Bioengineering Systems and Technologies Group du MIT Lincoln Laboratory et Shashi Murthy de la Northeastern University présentent un cas pour la fabrication de plates-formes microfluidiques dans les makerspaces, qui sont généralement des établissements publics qui fournissent des outils, telles que les imprimantes 3D et les découpeuses laser, pour construire une myriade d'appareils.

"Vous pouvez rejoindre un makerspace pour un tarif mensuel comparable à celui d'un abonnement à un club de remise en forme, " Walsh dit, notant que sur le seul campus du MIT, 28 grands makerspaces sont en activité. "Comparez ces frais au coût d'un abonnement mensuel à une salle blanche, qui peut aller de milliers à des dizaines de milliers de dollars. »

Dans leur article, les auteurs expliquent que les imprimantes 3D, découpeuses laser, et les découpeuses de traceurs (machines qui utilisent des couteaux à commande numérique pour découper des motifs) peuvent tirer parti de matériaux à faible coût tels que les plastiques, papier, et stratifiés. A partir de ces matériaux, les dispositifs microfluidiques fonctionnels peuvent être fabriqués en quelques minutes à une fraction du coût des dispositifs fabriqués par lithographie.

« Nous avons une excellente occasion d'élargir l'accès à de nouveaux utilisateurs de la technologie microfluidique. D'où je me trouve à l'intersection de la microfluidique et de la biologie synthétique, J'espère que notre article sera saisi par les biolabs communautaires qui, autrement, ne se lanceraient jamais dans la microfluidique, " dit Carr.

Les chercheurs ont utilisé le makerspace du Lincoln Laboratory, le Laboratoire d'Innovation du Bureau de Technologie, ou TRAVAIL, pour imprimer en 3D ou découper au laser plusieurs variantes de dispositifs de laboratoire sur puce. Leurs appareils sont orientés vers des applications biomédicales, mais Walsh dit que les appareils pourraient être personnalisés pour de nombreux types de tests. Pointant vers un périphérique qui ressemble à un disque CD imprimé avec un motif de lignes fines (c'est-à-dire, canaux pour les fluides), Walsh explique qu'un fluide, disons un échantillon biologique, est injecté par un port dans le disque. Le disque est ensuite tourné dans une centrifugeuse peu coûteuse comme la "boîte" imprimée en 3D de 6 pouces de haut sur son bureau, et la force centrifuge « pousse » la protéine à travers le réseau de canaux de l'appareil qui contiennent des réactifs. La réaction qui en résulte, peut-être un changement de couleur ou une fluorescence, indique la présence et la concentration du biomarqueur cible pour lequel l'expérimentateur teste.

"Ce processus prend quelques secondes, " dit Walsh, mettant en évidence l'un des avantages que la microfluidique pourrait apporter aux diagnostics au point de service. La rapidité du test, avec la petite taille de l'appareil, a suscité l'intérêt de la communauté médicale pour l'utilisation de dispositifs de laboratoire sur puce pour un suivi personnalisé de la santé, comme vérifier son cholestérol, ou pour les diagnostics dans les hôpitaux de campagne ou les cliniques dans les régions défavorisées qui n'ont pas facilement accès aux installations de laboratoire. Cependant, les coûts élevés associés à la recherche et au développement de dispositifs microfluidiques ont entravé l'adoption de la microfluidique pour une large gamme de tests biomédicaux.

Les options de fabrication de l'espace de fabrication offrent les avantages non seulement d'un faible coût, mais également de cycles de test de développement rapides. Dans leur article, les auteurs illustrent une approche de prototypage rapide pour créer des dispositifs microfluidiques :concevoir des pièces avec des logiciels d'aide à l'informatique, découper les pièces avec un cutter laser ou traceur, et assembler l'unité en laminant les pièces. Les systèmes d'impression tridimensionnelle permettent une autre méthode rapide de fabrication de systèmes microfluidiques, et les nouvelles techniques d'impression 3D rendent plus possible la fabrication de microfluidiques avec une clarté optique élevée et des fuites minimales.

Un autre avantage de travailler dans les makerspaces est que la communauté des makerspaces compte des membres aux expertises variées. La fabrication de prototypes dans un tel espace annule le coût pour les développeurs d'embaucher du personnel formé dans les spécialités requises pour la production de nouveaux appareils, par exemple, Concepteurs ou techniciens CAO familiarisés avec les outils d'impression et de découpe. « Vous n'avez pas besoin d'experts en microfluidique pour fabriquer l'appareil ; vous avez juste besoin de quelqu'un qui peut utiliser les outils makerspace, " dit Walsh.

Les auteurs envisagent également des opportunités pour les makerspaces d'améliorer l'enseignement de la microfluidique pour les étudiants de tous les niveaux. « Nous sommes enthousiasmés par l'aspect éducation, " dit Walsh. " Lors des visites étudiantes du Lincoln Laboratory, nous avons demandé à des enfants de s'essayer à l'impression 3D dans le TOIL. Les étudiants qui suivent une formation en microfluidique dans les makerspaces pourraient développer un intérêt pour la poursuite de la recherche dans le domaine plus tard dans leur carrière universitaire. »

David Scott, qui gère le TRAVAIL, convient :« Après avoir organisé un grand nombre de programmes de sensibilisation dans le TOIL, J'ai eu le plaisir de former des étudiants à la conception, produire, et assembler une grande variété de projets avec des outils et équipements makerspace conventionnels. En créant un environnement de formation en microfluidique dans un makerspace, les étudiants auraient la pleine maîtrise de leurs projets tout en développant un intérêt pour la microfluidique par la conception, expérimentation, et des tests."

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.