Concept d'écriture laser directe in situ (isDLW) à base de sol-gel. (a–g) Illustrations du protocole de fabrication isDLW pour un élément microfluidique imprimé à l'intérieur d'un microcanal semi-ovulaire. (a) DLW des structures de moule de canal. (b) Moule maître négatif fabriqué. (c) Micromoulage de poly(diméthylsiloxane) (PDMS). (d) PDMS micromoulé lié à un substrat de verre. (e) Acétique (Ac.) Réaction sol-gel catalysée par un acide pour le revêtement des microcanaux PDMS avec une couche adhésive de (3-aminopropyl)triéthoxysilane (APTES). (f) Chargement sous vide d'un matériau photodurcissable en phase liquide dans les microcanaux revêtus de sol-gel. (g) Le processus « du plafond au sol » est DLW. Des impulsions laser femtosecondes focalisées (rouge) traversent une lentille d'objectif, huile d'immersion, substrat de verre, et un photomatériau en phase liquide pour initier une photopolymérisation contrôlée spatialement (blanc) dans un point par point, méthodologie couche par couche, produisant finalement une structure composée de photomatériau durci (bleu) qui est entièrement scellé à toute la surface luminale du microcanal revêtu de sol-gel. (h–m) Micrographies de (Haut) moules maîtres négatifs imprimés DLW, et (en bas) des profils PDMS répliqués correspondant à des géométries de section transversale de microcanaux distinctes :(h) rectangulaire (mimétique de gravure ionique profonde (DRIE)), (i) effilé vers l'extérieur (mimétique photorésistant à tons positifs), (j) conique vers l'intérieur (mimétique photorésistant à tons négatifs), (k) semi-circulaire, (l) semi-ovulaire, et (m) triangulaire (voir également la Fig. S1 supplémentaire). Barres d'échelle = 100 m. Crédit: Rapports scientifiques
Des ingénieurs de l'Université du Maryland (UMD) ont créé le premier élément de circuit de fluide imprimé en 3D si petit que 10 pourraient reposer sur la largeur d'un cheveu humain. La diode garantit que les fluides se déplacent dans une seule direction, une caractéristique essentielle pour les produits tels que les dispositifs implantables qui libèrent des thérapies directement dans le corps.
La diode microfluidique représente également la première utilisation d'une stratégie de nanoimpression 3D qui brise les barrières de coût et de complexité qui entravent les progrès dans des domaines allant de la médecine personnalisée à l'administration de médicaments.
"Tout comme le rétrécissement des circuits électriques a révolutionné le domaine de l'électronique, la capacité de réduire considérablement la taille des circuits microfluidiques imprimés en 3D ouvre la voie à une nouvelle ère dans des domaines tels que le criblage pharmaceutique, diagnostic médical, et microrobotique, " a déclaré Ryan Sochol, professeur adjoint en génie mécanique et bio-ingénierie à l'école d'ingénierie A. James Clark de l'UMD.
Sochol, avec les étudiants diplômés Andrew Lamont et Abdullah Alsharhan, ont décrit leur nouvelle stratégie dans un article publié aujourd'hui dans la revue en libre accès Nature :Rapports scientifiques .
Ces dernières années, les scientifiques ont exploité la technologie émergente de la nano-impression 3D pour construire des dispositifs médicaux et créer des systèmes « organes sur puce ». Mais la complexité de pousser les produits pharmaceutiques, nutriments, et d'autres fluides dans de si petits environnements sans fuite - et les coûts pour surmonter ces complexités - ont rendu la technologie peu pratique pour la plupart des applications nécessitant un contrôle précis des fluides.
Au lieu, les chercheurs étaient limités aux technologies de fabrication additive qui impriment des caractéristiques nettement plus grandes que la nouvelle diode fluide UMD.
"Cela limite vraiment la taille de votre appareil, " dit Lamont, un étudiant en bio-ingénierie qui a développé l'approche et dirigé les tests dans le cadre de sa recherche doctorale. "Après tout, les circuits microfluidiques de votre microrobot ne peuvent pas être plus gros que le robot lui-même."
Ce qui distingue la stratégie de l'équipe de la Clark School, c'est l'utilisation d'un procédé connu sous le nom de sol-gel, ce qui leur a permis d'ancrer leur diode aux parois d'un canal microscopique imprimé avec un polymère commun. L'architecture minuscule de la diode a ensuite été imprimée directement à l'intérieur du canal, couche par couche, du haut du canal vers le bas.
Le résultat est un entièrement scellé, Diode microfluidique 3D créée à une fraction du coût et en moins de temps que les approches précédentes.
Le sceau fort qu'ils ont réalisé, qui protégera le circuit de la contamination et garantira que tout fluide poussé à travers la diode n'est pas libéré au mauvais moment ou au mauvais endroit, a été encore renforcée par un remodelage des parois des microcanaux.
« Là où les méthodes précédentes obligeaient les chercheurs à sacrifier du temps et des coûts pour construire des composants similaires, notre approche nous permet essentiellement d'avoir notre gâteau et de le manger aussi, " dit Sochol. " Maintenant, les chercheurs peuvent nanoimprimer en 3D des systèmes fluidiques complexes plus rapidement, moins cher, et avec moins de travail que jamais auparavant."
