Une équipe de chercheurs de l’Université du Tohoku et de l’Institut des sciences et technologies d’Okinawa (OIST) a réalisé des progrès significatifs dans le domaine de la microfluidique, permettant une manipulation précise et efficace des fluides dans des environnements micrométriques tridimensionnels. Ces travaux ouvrent de nouvelles possibilités pour les applications bioanalytiques, telles que les séparations cellulaires dans le domaine du diagnostic médical.

Les détails de leur avancée ont été publiés dans la revue Microsystems &Nanoengineering. le 22 janvier 2024.

Les appareils microfluidiques sont conçus pour gérer de minuscules volumes de fluide, permettant aux chercheurs d'effectuer des analyses et des processus avec une précision et une efficacité remarquables.

Ces dernières années, la technologie microfluidique a progressé rapidement dans divers domaines, notamment la médecine, la biologie et la chimie. Parmi eux, les dispositifs microfluidiques en spirale tridimensionnels se démarquent comme étant des éléments révolutionnaires. Leur conception complexe en forme de tire-bouchon permet un contrôle précis des fluides, une séparation efficace des particules et un mélange des réactifs. Cependant, leur potentiel à révolutionner les applications bioanalytiques est entravé par les défis actuels de fabrication. Le processus prend du temps et est coûteux, et les techniques de fabrication existantes limitent les options de matériaux et les configurations structurelles.

Pour surmonter ces limitations, une équipe interdisciplinaire de l'Université de Tohoku et de l'OIST a introduit un processus miniaturisé d'étirage thermique rotatif (mini-rTDP), s'inspirant des techniques traditionnelles japonaises de fabrication de bonbons :la fabrication du Kintaro-ame.

Leur approche innovante consiste à faire tourner les matériaux pendant l'étirement thermique pour créer des structures tridimensionnelles complexes au sein des fibres. Ce processus est très polyvalent et s'adapte à une large gamme de matériaux qui peuvent se déformer lorsqu'ils sont chauffés, ouvrant ainsi des possibilités infinies de combinaison de divers matériaux.

"Le mini-rTDP facilite le prototypage rapide de systèmes microfluidiques tridimensionnels, idéal pour une manipulation précise des biofluides", explique Yuanyuan Guo, professeur agrégé à l'Institut de recherche frontalière pour les sciences interdisciplinaires (FRIS) de l'Université de Tohoku.

"Le mini-rTDP consiste à créer une préforme polymère moulée contenant des canaux, qui sont ensuite étirés et chauffés pour générer des canaux microfluidiques au sein d'une fibre. Ces canaux peuvent ensuite être davantage tournés pour façonner des configurations en spirale tridimensionnelles", explique Shunsuke Kato, chercheur junior. à FRIS et le premier auteur de l'article.

En collaboration avec Amy Shen, responsable de l'unité Micro/Bio/Nanofluidique à l'OIST, l'équipe interdisciplinaire Tohoku-OIST a mené des simulations et des expériences pour visualiser les écoulements de fluides dans les structures en spirale. Daniel Carlson de l'équipe de Shen déclare :"Nous avons confirmé la présence de vortex de Dean, un type d'écoulement rotationnel se produisant dans des canaux courbes, dans nos appareils, affirmant ainsi leur potentiel pour améliorer considérablement l'efficacité de la séparation des cellules et des particules."

"Le prototypage rapide de la microfluidique en spirale tridimensionnelle à l'aide du mini-rTDP représente une avancée remarquable dans le domaine de la microfluidique. Cette technologie offre une polyvalence, une précision et un potentiel inégalés pour catalyser des changements transformateurs dans diverses industries", déclare Shen.

"En outre, nous poursuivons activement l'intégration de canaux microfluidiques dotés de fonctionnalités telles que des électrodes, des biocapteurs et des actionneurs directement dans les fibres. Cet effort a le potentiel de révolutionner les technologies bioanalytiques des laboratoires sur puce", a déclaré Guo.

Cette recherche témoigne des efforts de collaboration du programme OIST SHIKA et des fonds de contrepartie fournis par l'Université du Tohoku, soulignant le partenariat solide et la synergie entre ces deux institutions.

Plus d'informations : Shunsuke Kato et al, Microfluidique à fibres torsadées :une approche de pointe des dispositifs en spirale 3D, Microsystèmes et nano-ingénierie (2024). DOI :10.1038/s41378-023-00642-9

Informations sur le journal : Microsystèmes et nano-ingénierie

Fourni par l'Université du Tohoku