빠른 프로토타이핑 및 생물학적 응용을 위한 저비용 3D 프린팅 마이크로플루이딕 장치

요약

우리는 저비용 3D 프린팅 마이크로플루이딕 장치와 프로그래밍 가능한 농도 구배를 생성할 수 있는 오픈소스 파이썬 기반 소프트웨어를 개발했습니다. 우리는 삼투압 및 색도 분석을 통해 이 맞춤형 플랫폼을 검증하여, 5달러 미만의 재료와 소비자용 3D 프린팅으로 재현 가능한 삼투 노출 연구와 생의학 분석을 가능하게 했습니다.

초록

마이크로플루이딕 장치는 냉동생물학과 생의학 연구에서 세포 기반 분석에 필수적인 용액 혼합과 구배 생성을 정밀하게 제어할 수 있습니다. 하지만 전통적인 제작 방법은 시간이 많이 걸리고 비용이 많이 들며 전문 지식이 필요해 접근성이 제한됩니다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 우리는 비용 효율적이고 신뢰할 수 있으며 완전 3D 프린팅된 마이크로플루이딕 장치 워크플로우를 개발하여 소비자용 프린터와 생체 적합성 플라스틱 수지를 이용한 빠르고 저렴한 프로토타이핑을 가능하게 했습니다. 여기서는 프로그래밍 가능한 농도 구배와 용액 조합을 생성할 수 있는 유체 혼합 장치를 사용하여 이 워크플로우를 시연합니다. 상업용 믹싱 장치는 개당 300달러 이상이며 맞춤 제작이 불가능합니다. 저렴한 수지 재료와 투명 접착 테이프로 밀봉된 혁신적인 개방 채널 설계를 활용함으로써, 채널 막힘과 같은 일반적인 제조 문제를 극복하여, 복잡한 마이크로플루이딕 아키텍처를 신속하고 재현 가능하게 만들었으며, 모든 재료를 5달러 미만의 비용으로 제작할 수 있었습니다. 여기서는 이중 주사기 펌프를 통합하여 등삼투압(~300 mOsm/kg)부터 고삼투압(~9,000 mOsm/kg) 조건까지 선형 삼투압 구배를 생성하며, 정의된 구간 내에서 등층성 상태로 복귀하는 과정을 보여줍니다. 자동화와 재현성을 보장하기 위해, 우리는 주사기 펌프 작동, 유량, 구배 타이밍을 정밀하게 조절하는 오픈소스 파이썬 기반 소프트웨어 도구를 개발했습니다. 장치의 성능은 연속 삼투압 측정을 통해 기울기 생성의 선형성과 정확성을 확인했고, 혼합 효능을 확인하기 위한 색도 측정을 통해 검증되었습니다. 이 접근성 높고 비용 효율적인 마이크로플루이딕 플랫폼은 삼투압 노출 연구의 재현성을 크게 향상시키며, 약물 스크리닝과 정밀 화학적 조절 등 다양한 생의학 응용 분야에 잠재력을 보여줍니다.

서론

마이크로플루이딕 장치는 세포 기반 분석, 삼투압 스트레스 연구, 생의학 연구, 냉동생물학 및 기타 진단 응용 분야의 약물 투여 실험에서 농도와 화학 환경을 제어하는 데 필수적인 수단이 되었습니다 ^1,2. 이 장치들은 마이크로미터 단위에서 유체 흐름과 농도를 정밀하게 제어할 수 있게 합니다. 예를 들어, 마이크로유체 장치는 세포의 냉동 보존 과정에서 침투 손상을 방지하기 위해 냉동 보호제를 추가하거나 제거하는 데 사용되어 왔습니다^. 마찬가지로, 이러한 마이크로플루이딕 장치는 항생제의 연속 희석을 설정하여 내성 생물에 대한 항균 감수성을 시험하는 데에도^{사용됩니다.} 이를 통해 항균제 내성(AMR) 감염 치료에 최적의 약물 조합을 식별할 수 있습니다. 더불어, 라이브 셀 영상 및 모니터링을 가능하게 하고, 시약 소모를 줄이며,^{실시간 세포 모니터링} 없이 거시적이고 정적인 구배를 제공하는 보이든 챔버와 달리 농도 구배의 정밀도를 높입니다. 이러한 능력은 in vitro에서 생체 내 유사 화학 환경을 모방하여 세포 행동, 세포 이동, 세포 침투 분석, 약물 반응 및 독성 시험의 고해상도 연구를 가능하게 합니다.

마이크로플루이딕 장치의 장점에도 불구하고, 이러한 장치들의 전통적인 마이크로패브리케이션 기술(예: 포토리소그래피 및 폴리디메틸실록산(PDMS) 성형)은 종종 시간과 비용이 많이 들며 전문 장비와 전문성이 필요합니다^. 따라서 소프트 리소그래피를 통해 새로운 장치를 만드는 데는 며칠이 걸릴 수 있으며, 반복적인 설계 변경도 노동 집약적입니다^. 최근에는 3D 프린팅이 이러한 한계를 극복할 수 있는 신속한 프로토타이핑 대안이 되었습니다. 그러나 3D 프린팅 마이크로플루이딕스의 초기 도입은 고해상도 프린터의 비용(종종 10,000달러≥)에 의해 제한되었고, 저렴한 기기는^{충분한 해상도를} 제공하지 못했습니다. 저비용 LCD 기반 스테레오리소그래피의 발전으로 이 분야가 크게 발전했으며, 소비자용 프린터(종종 ~$150-$500)는 마이크로스케일(~20-50 μm) 해상도를 제공하여 많은 마이크로플루이딕 응용에 적합합니다⁵. 이러한 발전을 고려할 때, 우리의 전반적인 목표는 제조 복잡성의 일반적인 장벽 없이 통제된 농도 구배를 생성할 수 있는 완전 3D 프린팅 마이크로플루이딕 장치에 비용 효율적이고 효율적인 워크플로우를 구축하는 것^{이었습니다.} 소비자용 LCD 3D 프린터와 생체 적합성 수지를 활용해 맞춤형 마이크로플루이딕 모델 시스템을 빠르고 신뢰성 있게 제작하는 방법을 개발하는 것을 목표로 했으며, 이를 다양한 실험실에서 쉽게 접근할 수 있도록 했습니다.

여기서는 용액을 혼합하고, 연속적이고 프로그래밍 가능한 농도 구배를 생성하며, 용액 조합과 프로그래밍 가능한 농도 구배를 형성할 수 있는 3D 프린터 마이크로플루이딕 장치를 소개합니다. 이 장치는 데스크탑 스테레오리소그래피를 통해 제작되어 완전히 조립되며, 투명 접착 필름으로 완전히 밀봉된 개방 채널 설계를 사용합니다. 수지로 인한 채널 폐쇄는 마이크로플루이딕 스테레오리소그래피에서 널리 보고된 도전 과제^입니다. 그러나 이 방법은 특수 표면 처리나 접착 장비 없이도 견고하고 누설 방지 마이크로플루이딕 장치를 개발하며^{, 인쇄 중} 작은 채널을 막는 경화되지 않은 수지 문제를 해결합니다. 더불어, 저렴하고 UV 경화 가능한 수지를 사용함으로써 각 기기는 몇 달러의 재료로 빠르게 생산할 수 있습니다. 또 다른 장점은 설계가 고정되어 있지 않다는 점입니다; 상업용 기기처럼 수백 달러가 들고 맞춤화가 불가능한 것과 달리, 쉽게 수정하고 재인쇄할 수 있습니다^{12, 13, 14}.

용액 농도를 제어하기 위해 3D 프린팅 장치는 앞서 마이크로플루이^{딕 응용}을 위해 설명한 오픈 소스 Python 스크립트로 제어되는 이중 주사기 펌프(입력 용액마다 하나씩)와 통합되었습니다. 이를 통해 유량, 구배 단계, 타이밍을 자동화하여 정밀하게 조절할 수 있습니다. 우리 시스템의 ¹⁵ 유량은 일반적으로 입구당 몇 마이크로리터에서 30 μl/min까지 다양하며, 균일한 혼합이 일관되게 이루어지면서 최소한의 전단 응력을 유지했습니다. 이 시스템을 사용하여 우리는 대략 등삼투압(~300 mOsm/kg)부터 극한 고삼투압(~9,000 mOsm/kg) 조건, 그리고 다시 등층 상태에 이르는 선형 농도 프로파일을 생성했으며, 정해진 시간 구간을 거쳤습니다. 연속적인 삼투압계 측정값은 생성된 구배가 선형적이고 정확함을 확인했으며, 간단한 색도 측정법으로 입력 용액의 효율적인 혼합을 검증했습니다. 이 결과들은 복잡하고 시간에 따라 변하는 농도 구배를 완전 3D 프린팅 플랫폼으로 재현 가능하게 달성할 수 있음을 입증하며, 일반 비용의 일부로 삼투압 노출 연구의 처리량과 표준화를 향상시킬 잠재력을 강조합니다.

이 3D 프린팅 마이크로플루이딕 플랫폼은 많은 셀 기반 마이크로플루이딕 응용에 충분한 해상도를 제공하는 '랩-온 어-칩' 솔루션에 대한 최근 발전을 보여줍니다 ^16,17. 더불어, 전문가들은 프린터 기술과 소재의 발전이 지속됨에 따라 적층 제조가 마이크로디바이스 제작의 선도적 방법이 될 것으로 전망합니다⁶. 우리 접근법의 주요 장점은 접근성이 성능을 희생하지 않는다는 점입니다. 저비용 마이크로플루이딕 제조 전략을 입증한 이전 연구들과 일치하게(^18,19), 이 저렴한 프린터들은 신뢰성^{과 정확성 면}에서 많은 상업용 산업용 시스템과 견줄 만한 장치 기능을 제공합니다. 따라서 연구자들은 이 방법이 대부분의 응용 분야의 정밀도 요구사항을 충족할 것이라는 확신을 가지고 채택할 수 있습니다. 이 플랫폼은 다중 단계 냉동 보호제 첨가/제거 자동화부터 다양한 농도 범위에 대한 약물 반응 스크리닝, 장기 온^{칩 모델에서} 정밀한 화학적 조절 제공까지 다양한 요구에 맞출 수 있습니다. 특히, 인쇄된 해상도 크기(약 100 μm 채널 치수)는 많은 생물학적 분석법¹⁶에 충분하여 일반적인 세포 또는 입자 길이 척도에 적합한 범위를 제공합니다. 요약하자면, 제작 시간, 비용, 전문 지식을 크게 줄여줌으로써, 이 완전 3D 프린팅 마이크로플루이딕 플랫폼은 조사관들이 맞춤형 마이크로플루이딕 솔루션을 효율적으로 프로토타입하고 구현할 수 있게 합니다. 표면 연마나 접착 테이프 밀봉과 같은 수작업 후처리 과정이 여전히 필요하지만, 전체 작업 흐름은 여전히 접근성이 높고 기존의 마이크로패브리케이션 방식에 비해 시간 절약 효과가 있습니다.

프로토콜

1. 마이크로플루이딕 믹싱 슬라이드 설계

1. 적절한 CAD 소프트웨어(예: AutoCAD 3D 또는 TinkerCAD, AutoDesk, Inc)를 사용하여 2채널 입구와 혼합 Y자형 접합부를 가진 뱀형 마이크로채널을 설계하고, 효과적인 혼합을 용이하게 하고 확산을 위한 적절한 채널 길이를 제공하는 경로를 따를 것입니다. 채널 요소를 하나의 영역으로 결합하세요.
2. 기본 기판으로 사용할 직사각형 슬라이드(85mm x 28mm x 3mm)를 만드세요. 그 다음, 슬라이드 상단에서 미리 설계된 뱀 모양 마이크로 채널을 빼 적절한 깊이와 폭을 가진 개방형 채널 구조를 만듭니다.
3. 각 나사산 커넥터 포트(1/4"-28 UNF)를 1/16" 외경 튜빙용으로 별도의 기능으로 만들고 슬라이드 바디와 병합하여 내부 UNF 나사산이 피팅과 정확히 일치하도록 하세요.

2. 인쇄용 설계 준비

1. 3D 프린팅 과정을 준비하기 위해, 설계된 마이크로플루이딕 슬라이드 어셈블리 STL 파일을 CHITUBOX Basic v2.3.1(선전 CBD 테크놀로지 유한회사, 중국)과 같은 오픈소스 슬라이싱 소프트웨어로 가져와야 합니다.
2. 슬라이싱 소프트웨어에서 프린터별 사전 정의 구성 및 레진 프로필 설정(Phrozen_Sonic_Mini_8K_Power_Resin_SG_00.cfgx)을 로드하세요. 첨부된 GitHub 저장소에서 Slice Settings > Import Settings를 통해 프린터 및 레진 설정 파일을 완전히 가져오세요.
   참고: 3D 레진 프린팅에 대한 완전한 가이드는 이 작업의 범위를 벗어났습니다; 하지만 대부분의 3D 프린터 제조사는 레진 설정과 위치 조정 방법에 관한 가이드를 제공하여 성공, 즉 https://phrozen3d.com/blogs/tutorials/resin-print-failures.
3. 모델 방향을 빌드 플레이트에 대해 약 45-50°(여기서는 46.67° 사용)로 조정하여 최상의 출력 결과를 얻으세요. 이 위치는 인쇄 중 흡입 문제를 방지하고 작은 채널과 구멍을 깨끗하게 유지합니다.
   참고: 믹싱 슬라이드 STL을 수입하면 슬라이드는 인쇄 표면에 평평하게 놓입니다. 그 후 슬라이드 방향을 회전시켜 레진이 배출되도록 하고, 평평한 표면에 속이 빈 구조물이 형성되어 발생하는 압력 차이 위험을 최소화해야 합니다.
4. 슬라이싱 소프트웨어의 자동 지지 기능을 사용해 슬라이드의 구조적 지지를 추가하세요. 채널이 Chitubox 메인 창에 보이는 프린트 헤드에서 반대편을 향하도록 하세요. 그 후 Chitubox 메인 화면 왼쪽에 있는 번역 버튼과 메뉴를 사용해 슬라이드와 인쇄판 간 거리를 5mm로 늘리세요. 이 틈은 지지 구조물과 프린드 부품을 위한 지지 뗏목을 가능하게 합니다.
5. 그 후 추가 지지대를 수동으로 추가하여 프린트 헤드에 가장 가까운 지점에서 지지 부품의 밀도를 높이고, 슬라이드 양쪽에 지지대를 추가하여 점성 수지를 통과할 때 부품이 고정된 위치를 유지하도록 합니다.
6. 자동 생성된 지지대를 꼼꼼히 검토하고, 특히 엣지나 채널 같은 복잡한 지형 주변에서 안정성을 높이기 위해 필요에 따라 추가 지지대를 수동으로 추가하세요.
7. 모델을 슬라이스하고 각 레이어를 꼼꼼히 살펴보면서 슬라이스 사이에 눈에 띄는 간격이 없는지 확인하세요.
8. 섬 감지 버튼을 클릭하세요: 슬라이스 > 섬 감지 기능을 통해 인쇄 오류를 일으킬 수 있는 지원되지 않는 영역을 찾아보세요. 고립된 영역이 감지되면 절단 과정을 반복합니다.
9. 고립된 구역이 감지되지 않고 섬 검사를 통과하면, 준비된 모델 파일을 ".ctb" 파일로 USB 드라이브에 저장하여 3D 프린팅에 사용할 수 있도록 하세요.
   참고: 레진 설정은 제조사의 권장 사항에서 가져온 것이며, 제조사에서 제공한 XP 파인더 모델로 테스트되었으며 https://phrozen3d.com/pages/phrozens-xp-finder-and-rp-tester-test-model-download-and-tutorials 에서 확인할 수 있습니다. 환경은 실험실 환경과 프린터마다 다를 수 있으므로, 이러한 설정을 테스트하고 경우에 따라 실험실 내 조건을 고려해 조정하는 것이 중요합니다. 프린터와 레진에 대한 완전한 설정 파일은 이 텍스트와 함께 제공되는 GitHub 저장소에서 찾을 수 있으며, 모든 코드와 언급된 .stl 파일도 함께 제공됩니다. 인쇄 중에도 수축과 휘어짐이 발생할 수 있다는 점에 유의하세요. 이 현상은 레진 설정, 출력 각도, 지지대 분포를 실험실 환경 조건에 맞게 조정함으로써 어느 정도 상쇄할 수 있습니다. 슬라이드 투명도는 층이 형성되는 각도에 크게 영향을 받는다는 점에 유의하세요; 하지만 이 슬라이드는 혼합에만 사용되고 영상 촬영에는 사용되지 않기 때문에, 이는 혼합 색도 측정을 위한 충분한 선명도를 보장하기 위한 문제였습니다. 이는 슬라이드 하단이 프린트 헤드 플레이트에 대해 20도에서 60도 사이로 가도록 하여 달성되었습니다. 이 경우 46.67도라는 각도가 사용되었는데, 이 각도는 레이어 정렬에 기반한 높은 광학 선명도를 제공하면서도, 인쇄 과정에서 지지되지 않는 특징을 유발하지 않을 정도로 가파르지 않기 때문입니다. 이는 슬라이싱 화면에서 클릭 후 나타나는 Chitubox 섬 체크 버튼을 통해 확인할 수 있습니다.

3. 인쇄 및 후처리

1. 마이크로플루이딕 슬라이드 및 커넥터 어셈블리에 해당하는 .ctb 파일을 선택하고 출력 작업을 시작하세요.
   주의: 소비자용 수지 기반 3D 프린터는 가정 환경에서 사용하도록 설계되었지만, 수지 재료는 잠재적으로 유해한 휘발성 유기 화합물(VOC)을 배출할 수 있습니다. 따라서 3D 프린터는 화학 훈기 후드 내부나 적절한 환기가 필요한 공간에서 사용하는 것이 권장됩니다.
2. 인쇄 과정을 주기적으로 모니터링하세요. 이 디자인의 일반적인 인쇄는 수지 특성과 프린터 속도에 따라 약 3-4시간 정도 소요됩니다.
3. 프린팅 후에는 플라스틱 스크래퍼를 사용해 인쇄된 장치를 빌드 플레이트에서 조심스럽게 제거하고, 즉시 90% 에탄올을 뿌려 경화되지 않은 레진을 제거합니다.
   주의: 경화되지 않은 수지는 심각한 화학적 화상을 일으킬 수 있습니다. 기기를 다룰 때는 장갑, 실험복, 고글 등 적절한 개인 보호 장비(PPE)를 착용하여 완전히 경화되고 청소될 때까지 반드시 착용하세요. 인쇄된 샘플 세척에 사용되는 에탄올은 환기가 잘 되는 곳에서 다뤄야 합니다. 장갑과 안구 보호 장비를 포함한 개인 보호 장비(PPE)를 꼭 착용하세요.
4. 출력물이 아직 부드러울 때, 모든 작은 구멍, 채널, 나사산 부분이 깨끗하고 접근 가능한지 확인하세요. 필요하다면 피펫 팁이나 미세 바늘 같은 작은 도구를 부드럽게 사용해 부분적으로 막히거나 막힌 부위를 제거하세요. 압축 공기나 에탄올이 채워진 주사기를 사용해 채널을 세척하고 개성 확인을 하세요.
5. 인쇄된 모델을 99% 에탄올에 2-3분간 완전히 담가 남은 경화 레진을 녹이고 모든 미세 채널과 틈새를 철저히 청소하세요.
6. 깨끗한 출력물을 UV 경화실에 넣으세요. 인쇄된 슬라이드의 양면을 약 30초 정도 자외선에 고르게 노출시킵니다. 균일한 노출은 휘음을 방지하고 치수 안정성을 보장합니다.
   주의: UV 경화 시위에서는 눈 손상을 방지하기 위해 항상 자외선 보호 안전 고글을 착용하세요.
   참고: 경화 박스에는 고강도 405nm 램프가 들어 있습니다. 부품이 대부분 투명하고 램프가 부품 위 10cm 위에 들어 있기 때문에 경화가 빠르게 이루어집니다. 다양한 램프 노출 시간을 실험해보니, 6초의 램프 노출 시간과 부품을 회전시킨 후 3초의 램프 노출이 효과적임이 밝혀졌습니다. 제조사는 각각 30분과 빈 분으로 설정된 메디큐어 경화 스테이션으로 경화할 것을 권장합니다.
7. 경화 후에는 인쇄물을 에탄올에 잠시 담가거나 헹구고, 건조와 의도치 않은 부분에 수지가 경화되는 것을 방지하기 위해 에탄올이 들어있는 밀봉된 지퍼백에 넣습니다.
8. 에탄올과 경화된 모델을 담은 밀봉된 봉지를 초음파 세척기에 넣으세요. 180초 동안 초음파 처리를 하여 잔여된 미경화 수지나 오염물질을 효과적으로 제거합니다.
   참고: 또는 상업적으로 제공되는 세척 및 경화 스테이션을 사용하여 실험실 간 후처리 과정을 표준화할 수 있습니다.
9. 초음파 검사 후에는 인쇄된 기기를 증류수로 깨끗이 씻어내세요.
10. 마지막 세척 단계로 90% 에탄올에 다시 스프레이 후 담그세요. 필요하다면 완전한 청결을 위해 초음파 세척을 추가로 180초 반복하세요.
11. 경화 후 440방 사포로 부품 표면을 조심스럽게 연마합니다. 믹싱 슬라이드에 삽입할 나사산 커넥터도 같은 공정으로 후경화하며, 단, 3개의 커넥터를 프린터, 후처리 박스, 에탄올 함유 지퍼락 안에 나란히 배치하여 동시에 인쇄, 세척, 후처리를 해야 합니다. 증류수로 다시 한 번 씻고 자연 건조시키거나 압축 공기로 부드럽게 말려 남은 물을 제거하세요.
    참고: 인쇄 과정의 단계별 이미지는 보충 그림 1에 나와 있습니다.

4. 표면 연마 및 마이크로유체 채널 밀봉

1. 부드럽고 투명하게 볼 수 있도록 유리석을 사용해 마이크로플루딕 슬라이드 표면을 연마하세요.
2. 먼저, 2.45마이크론(6,000메쉬) 유리석(그릿 범위 ~1.5-2.3 μm)을 사용해 표면을 균일하게 매끄럽게 연마합니다. 그 후 더 고운 0.92 마이크론(16,000 메쉬) 돌(그릿 범위 ~0.76-1.5 μm)으로 연마하여 표면 마감을 더욱 향상시킵니다. 이렇게 하면 훨씬 더 부드러운 마감이 보장됩니다(보조 그림 2).
3. 마이크로채널은 투명 방수 패치와 밀봉 테이프로 밀봉하세요. 테이프가 채널 전체 영역을 완전히 덮고 커넥터 구멍과 포트를 막지 않도록 하세요( 그림 1 참조).
4. 먼저 슬라이드 한쪽에서 테이프를 붙이고, 엄지손가락으로 부드럽지만 단단히 눌러 고르게 접착하고 기포를 제거하세요.
5. 날카로운 가위나 칼을 사용해 슬라이드 가장자리의 과도한 테이프를 잘라내어 커넥터가 깨끗하게 잘리고 기능적으로 유지되도록 하세요.
6. 테이프로 고정한 슬라이드를 60°C에서 30분간 구워서 결합 강도를 높이세요.
7. 냉각 후에는 순간접착제 젤을 바르어 커넥터를 슬라이드 가장자리에 고정하세요. 접착제가 굳을 때 각 커넥터에 부드러운 압력을 가해 올바른 정렬을 보장하고, 유체 처리를 위한 신뢰할 수 있는 튜빙 연결을 돕습니다.
   참고: 충분한 광학 투명도를 보이는 인쇄 장치의 대표 이미지는 보충 그림 3에 표시되어 있습니다.

5. 유체 흐름 설정 및 시험

1. 원하는 시험액을 두 개의 별도 주사기(주사기 A와 주사기 B로 라벨링됨)에 주입하세요; 그림 1). 구배 생성을 위해서는 두 가지 용액을 사용한다: (i) 인산 완충 식염수(PBS)로 구성된 등폭포 용액, (ii) 40% (v/v) 디메틸설폭화물(DMSO)과 1.2M 염화나트륨(NaCl)을 PBS로 준비한 고삼투 용액.
   참고: 이 장치는 대략 등삼투압(~300 mOsm/kg)부터 극단적인 고삼투압(~9,000 mOsm/kg), 그리고 다시 등층 상태까지 선형 농도 구배를 생성했습니다.
2. 정확한 유체 흐름 제어와 압력 조절을 위해 정밀 가스 밀폐 유리 주사기를 사용하세요. 1/4"-28 피팅, 페룰, 1/16" 외경 PEEK 튜브를 사용해 주사기를 슬라이드에 부착하세요.
3. 주사기와 튜브를 마이크로플루이딕 장치에 단단히 부착한 후, 주사기를 프로그래밍 가능한 정밀 주사기 펌프에 장착하세요.
4. 제공된 네트워크 케이블을 사용해 두 주사기 펌프(펌프 A와 펌프 B)를 서로 연결하여 동기화 작동을 보장합니다.
5. 펌프 A를 컴퓨터의 직렬 포트에 RS232 케이블을 연결해 컴퓨터에 연결하세요.
6. 마이크로플루이딕 장치 하류에 펌프 C를 인수 모드로 설치하여 일정한 흐름을 유지하고 압력 축적을 방지하세요.
7. 주사기 펌프의 유체 흐름을 정확히 제어하는 Python 기반 스크립트를 실행하세요. 펌프 A와 펌프 B를 관리하여 iso에서 고삼투압 조건에서 고삼투압 조건으로 선형 삼투압 구배를 생성한 후, 사용자가 정의한 시간 구간에 걸쳐 등삼투압 조건으로 돌아갑니다.
8. 파이썬 소프트웨어에서 유량, 구배 간격, 총 실행 시간과 같은 실험 매개변수를 조정하여 특정 분석법 요구사항에 맞는 실험 조건을 조정하세요.

결과

그림 1은 우리 장치의 전체 구성을 보여줍니다

그림 1: 시스템 설정.왼쪽에서 오른쪽으로, 파이썬 기반 제어 소프트웨어는 주사기 펌프 A와 B의 펌핑 속도를 조절하여 정확한 시간 대 농도 곡선을 생성할 수 있습니다. 유리 주사기에서 유체가 폴리에테르 에터 케톤(PEEK) 튜브를 통해 흐르며, 3D 프린팅된 마이크로플루이딕 믹서에 혼합됩니다. 이러한 농도 대 시간 곡선은 상업적으로 이용 가능한 마이크로유체 배양 시스템에서 분석에 사용되며, 이후 세 번째 주사기 펌프를 사용해 배지를 시스템에서 추출합니다.

토론

마이크로플루이딕스 혼합실은 일반적으로 미리 설정된 구성으로 제조된 고가의 부품입니다. 이 원고는 빠른 프로토타이핑과 맞춤형 코드를 통해 실험실이 혼합실을 신속하게 개발하여 다양한 실험 환경을 가능하게 하는 방식을 보여줍니다.

우리는 색도 분석과 삼투압계를 사용하여 완전한 혼합을 검증합니다. 삼투압 측정값은 혼합물 농도를 기반으로 계산된 이론값과 추가로 비교되었습니다. 이 슬라이드는 혼합 시 상업용 슬라이드와 동일한 성능을 제공하는 비도 측정 및 온체측정을 지원합니다. 이 슬라이드의 재료 비용은 시중에서 구할 수 있는 대체 제품보다 두 배 정도 낮지만, 동등한 혼합 효과를 냅니다.

슬라이드는 생체 적합성 수지로 인쇄되고 에틸렌 공중합체 기반 테이프로 밀봉됩니다. 유사한 마이크로플루이딕 슬라이드가 이전에 보고된 바 있는데, 이는 고급 상업용 3D

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
1/16" OD PEEK 모세관 튜빙 및 ndash; 65 & 마이크로; 내경 m	IDEX 헬스 앤 사이언스, 미국	SKU: ID-1560	1.5m, 더 작은 구획으로 잘라내. 다윈 마이크로플루이딕스에서 구입
3D 프린터 UV 레진 경화광 등; 230 V 405 nm	스쿠피, 중국		경화 후 작업대로, 수지 부품이 있는 흰색 스티라폼 상자에 ~6 S 정도 보관합니다
3개의 Gastight 1/4-28 UNF 유리 주사기 및 ndash; 5 mL	미국 해밀턴	SKU: HM-10103664	1/4-28 피팅은 1/16" 연결도 가능합니다 피크 튜빙. 다윈 마이크로플루이딕스에서 구입
디메틸 설산화물(DMSO), 인증 ACS	피셔 사이언티픽, 미국	Cat.No: D128-1	피셔 사이언티픽에서 구입
ELITechGroup 교정 표준, 850 MOSM/K	ELITechGroup, 미국	VCAT: SS-277, 분류. 아니요: NC1876875	피셔 사이언티픽에서 구입
ELITechGroup 보정 표준, 300 MOSM/K	ELITechGroup, 미국	VCAT: SS-276, 분류. 아니요: NC1876872	피셔 사이언티픽에서 구입
플란젤레스 PFA 피팅 및 ETFE 페룰 1/4"-28에서 1/16" 그리고 nbsp;	IDEX 헬스 앤 사이언스, 미국	SKU: ID-XP-245X	10팩, 다윈 마이크로플루이딕스에서 구매함
식용 색소	클럽 하우스, 캐나다
프리즈포인트 6000P 어빙점 삼투계	ELITechGroup, 미국	모델: 6000P
프리즈포인트 측정 용기	ELITechGroup, 미국	VCAT: SS-279, 캐트. 아니요: NC1876881	피셔 사이언티픽에서 구입
고릴라 슈퍼 글루 젤	고릴라 글루 컴퍼니, 미국	https://gorillatough.com/product/gorilla-super-glue-gel/
헤링본 믹서 - 유리 칩	리틀 씽스 팩토리	SKU: LTF-012.00-4264	다윈 마이크로플루이딕스에서 구입
고삼투압 매질 - 40% DMSO(v/v), 1.2M NaCl			제작 실험실
Ibidi µ-슬라이드 VI 0.4 – 아이비트리트	이비디, 독일	Cat.No: 80606
등폭성 배지 - Cytiva HyClone 인산 완충 식염수 (PBS)	시티바, 미국	Cat.No: SH3025601	피셔 사이언티픽에서 구입
모틱 스테레오스코프	모틱, 홍콩	모델:  SMZ-168 TLED
NE1000 시링원 주사기 펌프	뉴 에라 펌프 시스템즈 주식회사, 미국	모델: 1010-미국	뉴 에라 펌프 시스템즈(New Era Pump Systems Inc.)에서 인수함.
프로즌 소닉 미니 8k 레진 3D 프린터	프로즌 테크 주식회사 대만(R.O.C.)		프로즌 소닉 미니 8K
펌프-투-PC RS-232 주 네트워크 케이블	뉴 에라 펌프 시스템즈 주식회사, 미국	모델: CBL-PC-PUMP-7 (7피트 케이블)	9핀 시리얼 투 RS232 변환기, 뉴 에라 펌프 시스템즈에서 구매함.
펌프 간 보조 네트워크 케이블	뉴 에라 펌프 시스템즈 주식회사, 미국	모델: CBL-NET-7 (7피트 케이블)	RS232 케이블, New Era Pump Systems Inc.에서 구매함.
수진 - PowerResins 수지컬 가이드 수진 1000 GR	파워레진스, 3BFab Inc, Tü RKIYE	주판: PSG-03-C
RS-232에서 USB 변환기 케이블	프로리픽 테크놀로지, 대만(R.O.C.)	모델: CBL-USB232	뉴 에라 펌프 시스템즈(New Era Pump Systems Inc.)에서 인수함.
슬라이드 실링 테이프 - 크리스탈 클리어 고릴라 테이프 1.88" X 9야드	고릴라 글루 컴퍼니, 미국
염화나트륨(NaCl)	EMD 밀리포어, 밀리포어시그마, 독일	캣. 아니요: M1064041000	피셔 사이언티픽에서 구입