麻省理工学院的研究人员已经使用3D打印来生产自热微流体设备,证明了一种技术,这种技术有朝一日可以用来快速创建廉价、准确的检测疾病宿主的工具
微流体是一种微型机器,可以控制流体并促进化学反应,可以用于检测血液或流体样本中的疾病例如,新冠肺炎的At-hometestkits,包括一种复杂类型的微流体
但许多微流控应用程序都需要进行特定温度下必须进行的化学反应这些存储的复合微流体设备通常在洁净室中制造,采用复杂而昂贵的制造工艺,很难扩大规模,并配有由金或铂制成的加热元件
相反,麻省理工学院团队使用多材料3D打印,通过一个简单、廉价的制造过程,用内置元件创建自加热微流体设备将流体冷却到特定温度的发电设备通过主机侧的微观通道流动
这项技术是可以讨论的,它可以处理一种微流体,将流体加热到一定的温度,或者在特定的设备区域内保持恒定的轮廓低成本的制造过程需要大约20美元的材料才能产生并使用微流体
这一过程可以特别用于为发展中国家的偏远地区增加自加热微流体,因为临床医生无法获得执行诊断程序所需的昂贵标签设备
“尤其是洁净室,你通常会在那里制造这些设备,建造和运行的成本越来越高。但我们可以通过额外的制造来制造所有能够自我加热的微流体设备,而且与传统方法相比,这些设备可以制造出更多的成本和更低的成本。这是真正实现这项技术的方式,”LuisFernandVel说;squez Garcí;a、 麻省理工学院微系统技术实验室(MTL)的先验科学和描述制造技术的论文的作者
由首席作者JorgeCa加入论文(&N);adaPé;雷斯·萨拉,电气工程与计算机科学研究生将在本月的PowerMEMSC会议上进行演示
绝缘材料变得具有导电性
这种新的制造工艺利用了被称为“最终材料挤压3D打印”的卫星技术,在这种技术中,可以通过打印机的多个喷嘴来逐层构建设备该过程是一体的,这意味着整个设备可以在3D打印机上一次性生产,而无需进行任何后期组装
为了创建自加热微流体,研究人员使用了两种材料——通常用于3D打印的非生物降解聚合物聚乳酸(PLA),以及改良版的PLA
改性的PLA将铜纳米粒子混合到聚合物中,这将绝缘材料转化为电导体Vel´;squez Garcí;a解释当电流被用来抵抗这种铜掺杂的PLA的成分时,能量就会消散
他说:“当你想到这一点时,它很神奇,因为PLLA材料是介电的,但当你加入纳米颗粒杂质时,它会完全改变物理性质。这意味着我们不能完全理解它,但它的条件是可重复的。”
使用多材料3D打印机,从铜掺杂的PLA中取出加热电阻,然后打印微流体设备,流体可以通过微通道直接流入打印步骤由于这些部件与相同的基材不同,它们具有相似的打印温度和可重新计算的温度
从电阻器散热将使流经通道的流体在化学流体中变热
除了电阻和微流体外,它们还使用在它们之间排列的PLA的连续层上的相互负载它特别适合制造硅,因为它必须确保热量能够从硅转移到微流体中,但不意味着流体可能会泄漏到硅中
该虚拟机可关闭U的大小s四分之一,可以在几分钟内完成大约500微米宽和400微米宽的通道通过化学流体、碳流体和促进化学反应重新读取
重要的是,从物质上看,受害者体内的流体是主要可见的许多过程依赖于可视化或光的使用来影响化学反应过程中的打开,Velá;squez Garcí;a解释
可定制的化学反应器
研究人员使用这种一步制造工艺来产生一种可以将流体加热4度的转子类型。电流在输入和输出之间流动这种可定制的照明技术可以使他们在特定的梯度上安装电池传感器后,能够使设备保持流体状态
他说:“你可以用这两种材料来创建完全符合你需要的化学反应器。我们可以建立一个特殊的头部轮廓,同时仍然具有微流体的所有能力。”
然而,一个限制来自PLA在开始降解之前通常被要求达到大约50摄氏度的行为许多化学反应,例如用于聚合酶链式反应(PCR)测试的反应,需要90摄氏度或更高的温度为了控制设备的温度,研究人员需要整合能够感知系统操作的空气和材料
除了对未来返工的限制进行确认外,Velá;squez Garcí;awants可将磁控管直接打印到微流体设备中这些磁铁可以实现化学反应,需要颗粒被分解或排列
与此同时,他和他的同事们正在研究其他可能达到高温的材料他们正在研究PLA,以了解当某些杂质被施加到聚合物上时,它是如何进行的
“如果我们能够理解与PLL导电性相关的机制,这将极大地提高设备的能力,但它将比其他一些工程问题更难解决,”Heads
“在日本文化中,人们常说这是一种简单的美丽。这一点是由Ca和Velasquez-Garcia.他们提出的单锂3D打印微流控晶体所决定的
来源:
Materials provided by
Massachusetts Institute of Technology. Original written by Adam Zewe.
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