本記事では、デジタル光処理(DLP)3Dプリンティングおよびポリジメチルシロキサン(PDMS)膜膨張を用いて、円形マイクロチャネルを作成する簡単かつ低コストの製造方法を紹介します。この方法は、血管オンチップや臓器オンチップの応用に適した滑らかで制御可能なバイオミメティックチャネルを生成します。
本記事では、デジタル光処理(DLP)3Dプリンティングおよびポリジメチルシロキサン(PDMS)膜膨張を用いて、円形マイクロチャネルを作成する簡単かつ低コストの製造方法を紹介します。この方法は、血管オンチップや臓器オンチップの応用に適した滑らかで制御可能なバイオミメティックチャネルを生成します。
生物血管の複雑な構造を模倣するマイクロ流体モデルは、血行動態、せん断応力、細胞挙動を正確にシミュレートするために円形断面チャネルを必要とします。従来のソフトリソグラフィー技術では、長方形のチャネルが形成されることが多く、生理的な流れパターンや人間の循環系の模倣が不十分です。ここでは、デジタルライトプロセッシング(DLP)3Dプリントマスターモールドとポリジメチルシロキサン(PDMS)膜膨張技術を統合し、高精度な円形マイクロチャネルを生成する、アクセス可能なハイブリッド製造手法を提案します。このプロトコルの主な目的は、可変狭窄形状を持つ生体模倣血管モデルを作成するためのクリーンルームフリー戦略を提供することです。
提案されたプロトコルは、4つの重要な段階で構成されています:(1) 材料収縮を考慮した10%の高さ補償を含むマスター金型のコンピュータ支援設計(CAD)、(2) 樹脂型のDLP 3Dプリントおよび後処理、(3) 薄手弾性膜へのPDMS鋳造および酸素プラズマ支援接合、(4) 制御された空気膜膨張後、円形構造を密封するための2回目のPDMS鋳造。この手法により、内部膨張圧力を慎重に調整することで、300μmから1000μmの範囲のチャネル直径を正確に調整できることが示されました。得られたマイクロチャネルの性能は、断面円形解析、走査型電子顕微鏡(SEM)による表面粗さ測定、接合安定性を確保するための空気圧バースト試験など、構造特性評価によって評価されました。本研究結果は、この手法が円形マイクロチャネルの利用可能かつ再現可能な製造を支援し、血管生理学、血栓症モデリング、薬物スクリーニング分野の将来の研究に強力な基盤を提供することを示しています。
生物血管を模倣したマイクロ流体システムは、将来の血管生理学、疾患メカニズム、薬物相互作用のinvitro研究に不可欠です。体内の多くの既存の構造の中で、円形断面形状は、自然の血管に見られるせん断応力や流路パターンなどの血行動態を正確に再現するために極めて重要です。従来の製造方法、例えばソフトリソグラフィーやワイヤーやニードルを用いた犠牲成形は、長方形のチャネルや不完全な円形形状を生み出し、流れの歪みや生理学的関連性の低下を引き起こします(4,5,6。さらに、これらの手法は時間がかかり、多層組立時のずれが起こりやすく、2つ以上の枝を持つ複雑な血管組立マイクロチャネルネットワークの設計時にはスケーラビリティが限定的です7。しかし、特にデジタルライトプロセッシング(DLP)3Dプリントなどの付加製造技術の最近の進歩により、円形マイクロチャネルを含む複雑な構造物の迅速かつ精密なマイクロチャネル型製造の新たな機会が開かれました。さら....
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1. マスターモールドの製作
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本研究は、DLP 3Dプリント型と膜膨張を用いてフル円形PDMSマイクロチャネルを製造するためのクリーンルームフリープロトコルを提示します。狭窄直径の異なる半円形マイクロチャネル金型の設計は 図1に示されており、印刷の向きが金型解像度に与える影響は 図2に示されています。金型印刷から膨張、第二層PDMS鋳造までの完全な製造ワークフローは 図3に示されています。
製造されたチップの表面濡れ性は静的接触角測定を用いて評価され、 図4に示されています。ImageJのLB-ADSAプラグインを用いて曲率フィッティングと角度抽出を行いました。SEMによる表面形態解析により、特に狭窄部で垂直印刷と水平印刷の型の違いが明らかになりました(図5)。定量的な粗さデータもこれらの観察を裏付け、垂直印刷の薄層.......
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この研究では、DLP 3Dプリンティングと膜インフレーションを用いた円形PDMSマイクロチャネルのクリーンルームフリー製造プロトコルを開発しました。このプロトコルの重要なステップとして、熱硬化中のPDMSの等方性収縮を考慮し、CAD金型設計に10%の高さ補償を統合します。さらに、印刷向き、特に垂直方向の選択は、積層製造でよく見られる「階段状」のアーティファクトを最小限に抑えるために不可欠です。垂直印刷により、内面(Sa ≈ 5.7 μm)を大幅に滑らかに得ることができ、これは高精度の血管模倣に必要な半円形プロファイルの正確な再現に不可欠です。
この技術は実験的要件に応じて、いくつかの修正やトラブルシューティングの道を提供します。例えば、縦型印刷は滑らかさを最適化しますが、水平型印刷は表面の粗さを増加させることが観察でき、これは接合不良のトラブルシューティングに戦略的に活用できます。粗さの増加により、PDMSと膜界面のプラズマ支援結合時に機械的相互ロックが促進され、優れた構造安定性と最大390 kPaの破裂圧力の上昇.......
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著者たちには宣言するものは何もない。
著者らは、実験機器と物資支援を提供してくれたベトナム国立大学(ホーチミン市)に感謝の意を表します。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 3Dプリンター | エレグー・サターン3 | 該当なし | DLPベースの型印刷 |
| 3Dプリンティング樹脂 | JAMG HE、韓国 | 該当なし | 一般的なDLP印刷用の樹脂 |
| Arduino マイコン | Arduino Mega 2560 | 該当なし | バーストテスト圧力監視に使用 |
| デジタル3D顕微鏡 | キーエンス、アメリカ | VHX-7100 | 表面粗さ特性評価 |
| デジタルカメラシステム | カスタムメイド | 該当なし | 接触角イメージングに使用 |
| 電動シリンジポンプ | フレゼニウスSE&ドイツ、キガイア中隊 | パイロットA2 CE2RS232 | 膜成形時の膨張に使用 |
| 蛍光顕微鏡 | ニコン エクリプス Ti、アメリカ | 該当なし | マイクロチャネルの幾何学的測定 |
| Fusion 360ソフトウェア | オートデスク、アメリカ | https://www.autodesk.com/asean/products/fusion-360 | 設計ソフトウェア |
| ImageJソフトウェア | 米国国立衛生研究所 | https://imagej.net/ij/ | 画像解析 |
| PDMSの塩基および硬化剤 | ドホワイトチ、韓国 | https://www.dow.com/en-us/pdp.sylgard-184-silicone-elastomer-kit.01064291z | チップ鋳造に使用 |
| ポリジメチルシロキサン | SYLGARD 184 シリコーンエラストマーキット | 1330-20-7 | チップ製造に使用 |
| 圧力センサー | NXP | MPX5700AP | 破裂試験中の内部圧力測定 |
| ラピッドレジン | エレグー、中国 | — | マスターモールド製造に使用 |
| 走査型電子顕微鏡(SEM) | 全、日本 | JSM T-100 | 表面形態イメージング |
| シリコーン膜(25 & micro;m) | — | — | 膜膨張に使用 |
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