Goedkope 3D-geprinte microfludiïdische apparaten voor snelle prototyping en biologische toepassingen

Samenvatting

We hebben een goedkope, 3D-geprinte microfludiïde ontwikkeld en een open-source Python-gebaseerde software die programmeerbare concentratiegradiënten kan genereren. We hebben dit aanpasbare platform gevalideerd met behulp van osmometrie en colorimetrische analyse, waardoor reproduceerbare osmotische blootstellingsstudies en biomedische assays met materialen onder de $5 en consumentenkwaliteit 3D-printen mogelijk zijn.

Samenvatting

Microfluidische apparaten bieden nauwkeurige controle over het mengen van oplossingen en gradiëntgeneratie, essentieel voor celgebaseerde assays in de cryobiologie en biomedisch onderzoek. Traditionele fabricagemethoden zijn echter tijdrovend, kostbaar en vereisen gespecialiseerde expertise, wat de toegankelijkheid beperkt. Om deze uitdagingen aan te pakken, hebben we een kosteneffectieve, betrouwbare en volledig 3D-geprinte workflow van microfluïdische apparaten ontwikkeld om snel en goedkoop prototypen te faciliteren met een consumentenprinter en biocompatibele kunststofharsen. Hier demonstreren we deze workflow met een vloeibaar mengapparaat dat programmeerbare concentratiegradiënten en oplossingscombinaties kan genereren. Commerciële mengapparaten kosten meer dan $300 per stuk en kunnen niet worden aangepast. Door gebruik te maken van betaalbare harsmaterialen en een innovatief open-kanaal ontwerp dat is afgesloten met transparante lijmtape, hebben we veelvoorkomende fabricageproblemen zoals kanaalverstopping overwonnen, waardoor we snelle en reproduceerbare fabricage van complexe microfluïdische architecturen mogelijk maakten, allemaal tegen een materiaalkosten van minder dan $5. Hier demonstreren we deze workflow, waarbij dubbele spuitpompen worden geïntegreerd om lineaire osmotische gradiënten te creëren, variërend van iso-osmotische (~300 mOsm/kg) tot hyperosmotische (~9.000 mOsm/kg) condities, gevolgd door een terugkeer naar isotonie over gedefinieerde intervallen. Om automatisering en reproduceerbaarheid te waarborgen, hebben we een open-source Python-gebaseerde softwaretool ontwikkeld die de activatie van de spuitpomp, debieten en gradiënttiming nauwkeurig reguleert. De prestaties van het apparaat werden gevalideerd door continue osmometrische metingen, die zowel de lineariteit als nauwkeurigheid van gradiëntgeneratie bevestigden, als colorimetrische metingen om de mengeffectiviteit te bevestigen. Dit toegankelijke en kosteneffectieve microfluïdische platform verbetert aanzienlijk de reproduceerbaarheid van osmotische blootstellingsstudies en toont potentieel voor diverse biomedische toepassingen, waaronder geneesmiddelscreening en precieze chemische modulatie.

Inleiding

Microfludiïdische apparaten zijn essentieel geworden voor het beheersen van concentraties en chemische omgevingen in celgebaseerde assays, osmotische stressstudies en geneesmiddeltoedieningsexperimenten in biomedisch onderzoek, cryobiologie en andere diagnostische toepassingen ^1,2. Deze apparaten maken de nauwkeurige controle van vloeistofstroom en concentratie op micrometerschaal mogelijk. Zo zijn microfludische apparaten gebruikt voor het toevoegen en verwijderen van cryoprotectieve middelen tijdens het cryopreserveren van cellen om osmotische schade te voorkomen³. Evenzo worden deze microfluïdische apparaten ook gebruikt om seriële verdunningen van antibiotica vast te stellen om de antimicrobiële gevoeligheid tegen resistente organismen^{te testen 4}. Dit maakt het mogelijk om optimale geneesmiddelcombinaties te identificeren voor de behandeling van antimicrobiële resistente (AMR) infecties. Bovendien maakt het live celbeeldvorming en monitoring mogelijk, vermindert het het verbruik van reagens en bevordert het precisie in concentratiegradiënten, in tegenstelling tot macroscopische technieken zoals de Boyden-kamer, die grovere en statische gradiënten bieden zonder realtime celmonitoring ^1,5. Deze mogelijkheden maken het mogelijk om in vivo-achtige chemische omgevingen in vitro na te bootsen voor hoogresolutiestudies van celgedrag, celmigratie, celinvasietests, geneesmiddelrespons en toxiciteitstesten.

Ondanks de voordelen van microfluidische apparaten zijn traditionele microfabricagetechnieken voor deze apparaten (bijvoorbeeld fotolithografie en polydimethylsiloxaan (PDMS) vormen) vaak tijdrovend, duur en vereisen ze gespecialiseerde apparatuur en expertise⁶. Daarom kan het creëren van een nieuw apparaat via zachte lithografie dagen werk kosten, en iteratieve ontwerpwijzigingen zijn ook arbeidsintensief⁶. Onlangs is 3D-printen een alternatief voor snelle prototyping geworden om deze beperkingen te overwinnen. De vroege adoptie van 3D-geprinte microfluidica werd echter beperkt door de kosten van hoogresolutieprinters (vaak ≥ $10.000), en goedkope apparaten bieden niet genoeg resolutie⁷. De verbetering van goedkope LCD-gebaseerde stereolithografie heeft dit vakgebied aanzienlijk vooruit gebracht, aangezien consumentenprinters (vaak ~$150-$500) nu microschaalresolutie (~20-50 μm) bieden, voldoende voor veel microfluidische toepassingen⁵. Gezien deze vooruitgang was het algemene doel van ons werk om een kosteneffectieve en efficiënte workflow te creëren voor volledig 3D-geprinte microfluïdische apparaten die gecontroleerde concentratiegradiënten kunnen genereren zonder de typische barrières van fabricagecomplexiteit⁸. We wilden een snelle en betrouwbare methode ontwikkelen voor het produceren van op maat gemaakte microfludiïdische modelsystemen door gebruik te maken van een consumenten-LCD 3D-printer en biocompatibele hars, zodat het toegankelijk zou zijn voor een breed scala aan laboratoria.

Hier presenteren we een 3D-geprint microfluïdisch apparaat dat in staat is oplossingen te mengen, continue en programmeerbare concentratiegradiënten te genereren, en oplossingscombinaties en programmeerbare concentratiegradiënten te vormen. Het apparaat wordt vervaardigd via desktopstereolithografie en volledig geassembleerd, waarbij gebruik wordt gemaakt van een open-kanaal ontwerp dat volledig is afgedicht met een transparante kleeffolie-hars-geïnduceerde kanaalobstructie; dit is een veelgerapporteerde uitdaging in microfluidische stereolithografie ^9,10; Deze aanpak ontwikkelt echter een robuust, lekvrij microfluïdisch apparaat zonder gespecialiseerde oppervlaktebehandelings- of bondingapparatuur en overwint het veelvoorkomende probleem van ongeharde hars die de kleine kanalen tijdens het afdrukken^blokkeert. Bovendien kan elk apparaat met goedkope, UV-uithardbare harsen snel worden geproduceerd voor slechts enkele euro's aan materialen. Een ander voordeel is dat het ontwerp niet vaststaat; Het kan eenvoudig worden aangepast en opnieuw gedrukt, in tegenstelling tot commerciële apparaten die honderden dollars per stuk kosten en niet kunnen worden aangepast 12,13,14.

Voor het beheersen van de concentratie van de oplossing was het 3D-geprinte apparaat geïntegreerd met dubbele spuitpompen (één voor elke invoeroplossing) die werden aangestuurd door een open-source Python-script, zoals eerder beschreven voor microfludiïdische toepassingen¹⁵. Dit maakt een nauwkeurige regeling van debietsnelheden, gradiëntstappen en timing op een geautomatiseerde manier mogelijk. ^{De 15} Debietsnelheden in ons systeem variëren doorgaans van enkele microliters tot 30 μl/min per inlaat, waarbij een gelijkmatige menging consequent werd bereikt, terwijl de schuifspanning minimaal werd behouden. Met dit systeem genereerden we lineaire concentratieprofielen die liepen van ongeveer iso-osmotische (~300 mOsm/kg) tot extreme hyperosmotische (~9.000 mOsm/kg) condities en terug naar isotonisch, over gedefinieerde tijdsintervallen. Continue osmometermetingen bevestigden dat de gegenereerde gradiënten lineair en nauwkeurig waren, en een eenvoudige colorimetrische assay bevestigde efficiënte menging van de inputoplossingen. Deze resultaten bevestigen dat complexe, tijdsvariërende concentratiegradiënten reproduceerbaar kunnen worden bereikt met ons volledig 3D-geprinte platform, en benadrukken het potentieel om de doorvoer en standaardisatie van osmotische blootstellingsstudies te verbeteren tegen een fractie van de gebruikelijke kosten.

Dit 3D-geprinte microfluidische platform toont de recente vooruitgang in "lab-on-a-chip" oplossingen die een resolutie bieden die voldoende is voor veel celgebaseerde microfluidische toepassingen ^16,17. Bovendien voorspellen experts dat additive manufacturing naar verwachting een toonaangevende methode voor microapparaatfabricage zal worden, naarmate de vooruitgang in printertechnologie en materialen aanhoudt^. Een belangrijk voordeel van onze aanpak is dat toegankelijkheid niet ten koste gaat van de prestaties. In overeenstemming met eerdere studies die goedkope microfluïdische fabricagestrategieën^{aantonen 18,19}, produceren deze betaalbare printers apparaatkenmerken die qua betrouwbaarheid en nauwkeurigheid vergelijkbaar zijn met veel commerciële industriële systemen⁷. Onderzoekers kunnen deze methode dus met vertrouwen toepassen dat deze aan de precisie-eisen van de meeste toepassingen zal voldoen. Dit platform kan worden aangepast aan diverse behoeften, van het automatiseren van meerstaps toevoeging en verwijdering van cryoprotectiva, tot het screenen van geneesmiddelresponsen op verschillende concentratiegebieden en het leveren van precieze chemische modulatie in orgaan-op-chip modellen¹⁶. Met name de geprinte resolutiegroottes (ongeveer 100 μm kanaalafmetingen) zijn voldoende voor veel biologische assays¹⁶, wat een goed bereik biedt voor typische cel- of deeltjeslengteschalen. Samenvattend stelt dit volledig 3D-geprinte microfluïdische platform onderzoekers in staat om efficiënt op maat gemaakte microfluïdische oplossingen te prototypen en implementeren, door fabricagetijd, kosten en expertise aanzienlijk te verminderen. Hoewel handmatige nabewerkingsstappen zoals oppervlaktepolijsten en lijmtape-afdichting nog steeds vereist zijn, blijft de algehele workflow toegankelijk en tijdbesparend vergeleken met conventionele microfabricagemethoden.

Protocol

1. Het ontwerpen van de microfluïdische mengglaas

1. Met behulp van geschikte CAD-software (bijv. AutoCAD 3D of TinkerCAD, AutoDesk, Inc) ontwerp je een serpentijn microkanaal met tweekanaalsinlaten en een menging Y-vormige verbinding, gevolgd door een pad om effectieve menging te faciliteren en voldoende kanaallengte voor diffusie te bieden. Combineer de kanaalelementen tot één regio.
2. Maak een rechthoekige slide (85 mm x 28 mm x 3 mm) als basisondergrond. Trek vervolgens het eerder ontworpen serpentijn-microkanaal af van het bovenoppervlak van de glijbaan om een open kanaalstructuur te vormen met de juiste diepte en breedte.
3. Maak elke schroefdraadconnector (1/4"-28 UNF) voor 1/16" OD-buis als aparte functie en voeg deze samen met het schuiflichaam, zodat de interne UNF-schroefdraad precies overeenkomt met de fittingen.

2. Het voorbereiden van het ontwerp voor drukwerk

1. Om je voor te bereiden op het 3D-printproces, importeer je de ontworpen microfluidic slide-assemblage STL-bestanden in open-source slicingsoftware, zoals CHITUBOX Basic v2.3.1 (Shenzhen CBD Technology Co. Ltd, China).
2. Laad printer-specifieke vooraf gedefinieerde configuratie- en harsprofielinstellingen (Phrozen_Sonic_Mini_8K_Power_Resin_SG_00.cfgx) in de slicingsoftware. Importeer het volledige printer- en resininstellingenbestand uit de bijbehorende GitHub-repository via: Slice Settings > Import Settings.
   OPMERKING: Een volledige gids voor 3D-resin printen valt buiten de reikwijdte van dit werk; de meeste fabrikanten van 3D-printers geven echter handleidingen over hoe je resininstellingen kunt afstellen en prints kunt positioneren voor succes, oftewel https://phrozen3d.com/blogs/tutorials/resin-print-failures.
3. Pas de modeloriëntatie aan op ongeveer 45-50° ten opzichte van de bouwplaat (46,67° hier gebruikt) om het beste printresultaat te krijgen. Deze positie voorkomt zuigproblemen tijdens het printen en houdt kleine kanalen en gaatjes vrij.
   OPMERKING: Zodra de mengglaa STL is geïmporteerd, wordt de glaasje plat op het drukoppervlak geplaatst. De schuiforiëntatie moet vervolgens worden gedraaid om hars te laten afvoeren en om het risico op drukverschillen te minimaliseren die kunnen ontstaan doordat holle structuren tegen een vlak oppervlak worden gevormd.
4. Voeg de structurele ondersteuning voor de slide toe door gebruik te maken van de auto-supportfunctie in de snijsoftware. Zorg ervoor dat het kanaal van de printkop af is die zichtbaar is in het hoofdvenster van de Chitubox. Vergroot vervolgens de afstand tussen de slide en de printplaat tot 5 mm met behulp van de vertaalknop en het menu aan de linkerkant van het hoofdscherm van de Chitubox. Deze opening maakt ondersteuning en een ondersteunend vlot mogelijk voor het geprimed deel.
5. Voeg vervolgens de extra steunen handmatig toe, waarbij de dichtheid van de ondersteuningsdelen op het punt dichtst bij de printkop toeneemt en steunen aan beide zijden van de schuif wordt toegevoegd om ervoor te zorgen dat het onderdeel statisch blijft terwijl het door de viskeuze hars wordt opgetild.
6. Bekijk zorgvuldig de automatisch gegenereerde supports en voeg handmatig extra supports toe om de stabiliteit te verbeteren, vooral rond complexe functies zoals randen en kanalen.
7. Snijd het model en bekijk elke laag zorgvuldig, waarbij je zeker weet dat er geen zichtbare openingen tussen de sneden zitten.
8. Klik op de eilanddetectieknop via: Slice > Island Detection om niet-ondersteunde gebieden te vinden die printfouten kunnen veroorzaken. Als geïsoleerde gebieden worden gedetecteerd, herhaal dan het snijproces.
9. Zodra het model de eilandinspectie doorstaat zonder geïsoleerde gebieden, sla je het voorbereide modelbestand op als een ".ctb"-bestand op een USB-stick, zodat het klaar is voor 3D-printen.
   OPMERKING: De harsinstellingen zijn geïmporteerd op aanbeveling van de fabrikant en getest met het XP Finder-model dat door de fabrikant is verstrekt en zijn te vinden op https://phrozen3d.com/pages/phrozens-xp-finder-and-rp-tester-test-model-download-and-tutorials. Omdat de instellingen kunnen variëren met de omgevingsomstandigheden in het laboratorium en tussen printers, is het belangrijk deze instellingen te testen en in sommige gevallen aanpassingen te maken om rekening te houden met intra-laboratoriumomstandigheden. Een compleet instellingenbestand voor de printer en resin is te vinden in de GitHub-repository die bij deze tekst hoort, samen met alle code en elk vermeld .stl-bestand. Let op dat krimp en kromtrekken ook tijdens het printen kunnen optreden. Dit kan tot op zekere hoogte worden gecompenseerd door zowel de harsinstellingen, de printhoek als de verdeling van steunpalen aan te passen aan de omgevingsomstandigheden in het laboratorium. Let op dat de transparantie van de diabaan sterk wordt beïnvloed door de hoek waaronder lagen worden gevormd; Aangezien deze slide echter alleen wordt gebruikt voor mixen, niet voor beeldvorming, was dit alleen een zorg om voldoende helderheid te garanderen voor de colorimetrie van mixen. Dit werd bereikt door ervoor te zorgen dat de onderkant van de slede tussen 20 en 60 graden ten opzichte van de printkopplaat stond. In dit geval werd de hoek van 46,67 graden gebruikt, omdat deze hoek een hoge mate van optische helderheid bood op basis van laaguitlijning, terwijl deze ook niet zo steil was dat er tijdens het printproces niet-ondersteunde functies ontstonden, zoals werd weergegeven met de Chitubox-knop 'check for islands' die te vinden is op het snijscherm dat verschijnt na het klikken op de Slice-knop .

3. Printen en nabewerking

1. Selecteer het .ctb-bestand dat overeenkomt met de microfluidic slide en connectorassemblage en start de printopdracht.
   VOORZICHTIG: Hoewel consumentenhars-gebaseerde 3D-printers bedoeld zijn voor thuisgebruik, kunnen harsmaterialen potentieel gevaarlijke vluchtige organische stoffen (VOS) uitstoten. Daarom wordt aanbevolen om de 3D-printer te bedienen in een chemische dampafzuigkap, of in een ruimte met voldoende ventilatie.
2. Houd het printproces periodiek in de gaten. Een typische print van dit ontwerp duurt ongeveer 3-4 uur, afhankelijk van de harseigenschappen en printersnelheid.
3. Na het printen verwijder je het geprinte apparaat voorzichtig van de bouwplaat met een plastic schraper en spuit je het geprinte model direct met 90% ethanol om niet-uitgeharde hars te verwijderen.
   VOORZICHTIG: Ongehard hars kan ernstige chemische brandwonden veroorzaken. Zorg ervoor dat de juiste persoonlijke beschermingsmiddelen (PBM) worden gedragen, waaronder handschoenen, een labjas en een veiligheidsbril, terwijl je apparaten hanteert totdat deze volledig zijn uitgehard en schoongemaakt. Ethanol die wordt gebruikt voor het wassen van geprinte monsters moet worden behandeld in een goed geventileerde ruimte. Zorg ervoor dat je PBM draagt, inclusief handschoenen en oogbescherming.
4. Terwijl de print nog zacht is, controleer dan of alle kleine gaatjes, kanalen en schroefdraadgebieden vrij en toegankelijk zijn. Gebruik indien nodig voorzichtig kleine gereedschappen, zoals een pipettip of een fijne naald, om gedeeltelijk verstopte of verstopte gebieden te verwijderen. Gebruik perslucht of een spuit gevuld met ethanol om kanalen door te spoelen en de openheid te controleren.
5. Dompel het geprinte model volledig onder in 99% ethanol gedurende 2-3 minuten, waarbij de resterende niet-uitgeharde hars wordt opgelost en alle microkanalen en spleten grondig worden schoongemaakt.
6. Plaats de gereinigde print in een UV-uithardingskamer. Blootstel elke zijde van de geprinte dia's gelijkmatig aan UV-licht gedurende ongeveer 30 seconden per zijde. Uniforme belichting voorkomt vervorming en zorgt voor dimensionale stabiliteit.
   VOORZICHTIG: Draag altijd UV-beschermende veiligheidsbril tijdens UV-uithardingsprocedures om oogschade te voorkomen.
   OPMERKING: De uithardingsdoos bevat een hoogintensiteit 405 nm lamp. Omdat het onderdeel grotendeels transparant is en de lamp 10 cm boven het onderdeel wordt gehouden, verloopt het uitharden snel. Experimenteren met verschillende belichtingstijden van lampen heeft aangetoond dat 6 s lamptijd, gevolgd door 3 s met het onderdeel gedraaid, effectief is. De fabrikant raadt aan om te uitharden met een medicure-uithardingsstation dat respectievelijk 30 minuten en een lege minuut duurt.
7. Na het uitharden dompel of spoel je de print kort onder in ethanol, en plaats je deze vervolgens in een afgesloten ziplockzak met ethanol om uitdroging en daaropvolgende harsharding op ongewenste plekken te voorkomen.
8. Plaats de verzegelde zak met ethanol en het uitgeharde model in een ultrasone reiniger. Sonicate voor 180 graden om effectief restanten van ongehard hars of verontreinigingen te verwijderen.
   OPMERKING: Alternatief kunnen commercieel verkrijgbare was- en uithardingsstations worden gebruikt om de nabewerking tussen laboratoria te standaardiseren.
9. Spoel na de sonicatie het geprinte apparaat grondig af met gedestilleerd water.
10. Voer een laatste reinigingsstap uit door het apparaat opnieuw te bespuiten en onder te dompelen in 90% ethanol. Indien nodig, herhaal de ultrasone reiniging nog eens 180 graden om volledige netheid te garanderen.
11. Na het uitharden polijst je het oppervlak van het onderdeel zorgvuldig met schuurpapier van korrel 440. Hard de schroefdraadconnectoren die in de mengglaas worden geplaatst na-uit, met hetzelfde proces, met de kanttekening dat 3 connectoren gelijktijdig worden geprint, gewassen en na-gehard door ze naast elkaar op de printer, in de post-cure doos en in de ethanolhoudende ziplocks te plaatsen. Spoel nogmaals af met gedestilleerd water en laat het aan de lucht drogen of föhn voorzichtig met perslucht om eventueel overgebleven water te verwijderen.
    OPMERKING: Stapsgewijze afbeeldingen van het drukproces zijn te zien in aanvullende figuur 1.

4. Oppervlaktepolijsten en afdichten van het microfluïdische kanaal

1. Om gladheid te bereiken voor duidelijke visualisatie en goede afdichting, gebruik je een glazen steen om het oppervlak van de microfludiïde glaasglaasje te polijsten.
2. Gebruik eerst een glassteen van 2,45 micron (6.000 mesh) (korrelbereik ~1,5-2,3 μm) om het bovenoppervlak te polijsten tot het gelijkmatig glad is. Vervolgens verbeter je de oppervlakteafwerking verder door te polijsten met een fijnere steen van 0,92 micron (16.000 mesh) (korrelbereik ~0,76-1,5 μm). Dit zorgt voor een nog gladdere afwerking (Aanvullende figuur 2).
3. Dicht het microkanaal af met een doorzichtige waterdichte lap en afdicht tape. Zorg ervoor dat de tape het hele kanaalgebied volledig bedekt, terwijl de connectorgaten en -poorten vrij blijven (zie Figuur 1).
4. Breng eerst de tape aan aan één kant van de slede, druk dan zachtjes maar stevig met de duim om gelijkmatige hechting te garanderen en luchtbellen te voorkomen.
5. Gebruik een scherpe schaar of een mes om overtollige tape van de slederanden af te knippen, zodat de connector netjes is doorgesneden en functioneel blijft.
6. Bak de met tape geplakte glijbaan 30 minuten op 60 °C om de hechtsterkte te verbeteren.
7. Na het afkoelen breng je secondelijmgel aan om de connectoren aan de sledekant vast te maken. Oefen zachte druk uit op elke connector terwijl de lijm uithardt om een goede uitlijning te garanderen, zodat betrouwbare buisverbindingen voor vloeistofhantering mogelijk worden.
   OPMERKING: Een representatief beeld van het gedrukte apparaat met voldoende optische transparantie is te zien in aanvullende figuur 3.

5. Opstelling en testen van vloeistofstromen

1. Laad de gewenste testoplossingen in twee aparte spuiten (gelabeld Spuit A en Spuit B; Figuur 1). Voor gradiëntgeneratie gebruik je twee oplossingen: (i) een isosmotische oplossing bestaande uit fosfaatgebufferde zoutoplossing (PBS), en (ii) een hyperosmotische oplossing bestaande uit 40% (v/v) dimethylsulfoxide (DMSO) met 1,2 M natriumchloride (NaCl) bereid in PBS.
   OPMERKING: Het apparaat creëerde lineaire concentratiegradiënten variërend van ongeveer iso-osmotisch (~300 mOsm/kg) tot extreme hyperosmotische (~9.000 mOsm/kg) omstandigheden en terug naar isotonisch, over gedefinieerde tijdsintervallen.
2. Gebruik precisie-gasdichte glazen spuiten voor nauwkeurige vloeistofstroomregeling en drukregeling. Bevestig spuiten aan de slede met 1/4"-28 fittingen, ferrules en 1/16" OD PEEK-buis.
3. Na het stevig bevestigen van spuiten en slangen aan het microfluidische apparaat, bevestig je de spuiten op programmeerbare precisiespuitpompen.
4. Verbind beide spuitpompen (pomp A en pomp B) met de meegeleverde netwerkkabel, zodat de werking gesynchroniseerd is.
5. Verbind Pomp A met een computer met een RS232-kabel die in de seriële poort van de computer is aangesloten.
6. Stel pomp C stroomafwaarts van het microfluïdische apparaat in in de terugtrekkingsmodus om een constante stroming te behouden en drukopbouw te voorkomen.
7. Voer het Python-gebaseerde script uit om de vloeistofstroom van spuitpompen nauwkeurig te regelen. Het zal Pomp A en Pomp B beheren om een lineaire osmotische gradiënt te creëren van iso- naar hyper-osmotische condities, gevolgd door een terugkeer naar iso-osmotische condities over door de gebruiker gedefinieerde tijdsintervallen.
8. Pas experimentele parameters aan zoals debietsnelheid, gradiëntintervallen en totale looptijd in de Python-software om experimentele omstandigheden af te stemmen op specifieke assay-eisen.

Resultaten

Figuur 1 illustreert de algehele opstelling van ons apparaat

Figuur 1: Systeemopstelling.Van links naar rechts maakt Python-gebaseerde besturingssoftware het mogelijk om nauwkeurige tijd-tegen-concentratiecurves te creëren door de pompsnelheid van spuitpompen A en B te variëren. Vloeistof stroomt uit ...

Discussie

Microfluidica-mengkamers zijn doorgaans dure componenten die worden vervaardigd met vooraf ingestelde configuraties. Dit manuscript toont aan hoe snelle prototyping en aangepaste code laboratoria in staat stellen om snel mengkamers te ontwikkelen, wat een grote verscheidenheid aan experimentele opstellingen mogelijk maakt.

We valideren volledige menging met behulp van colorimetrische analyse en osmometrie. De osmotische metingen werden verder vergeleken met be...

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
1/16” OD PEEK Capillary Tubing – 65 µm binnendiameter	IDEX Health and Science, USA	SKU: ID-1560	1,5 m, gesneden in kleinere secties. Gekocht van Darwin Microfluidics
3D Printer UV Resin Curing Light – 230 V 405 nm	Skouphy, China		Gebruikt als post-cure station, door het in een witte styrobox met harsdeel te plaatsen voor ~6 S
3x Gastight 1/4-28 UNF glazen spuiten – 5 mL	Hamilton, USA	SKU: HM-10103664	1/4-28 fitting maakt verbinding mogelijk met 1/16” PEEK-buis. Gekocht van Darwin Microfluidics
Dimethyl Sulfoxide (DMSO), Certified ACS	Fisher Scientific, USA	Cat.No: D128-1	Gekocht van Fisher Scientific
ELITechGroup CALIBRATION STANDARD, 850 MOSM/K	ELITechGroup, USA	VCAT: SS-277, Cat. No: NC1876875	Gekocht van Fisher Scientific
ELITechGroup CALIBRATION STANDARD, 300 MOSM/K	ELITechGroup, USA	VCAT: SS-276, Cat. No: NC1876872	Gekocht van Fisher Scientific
Flangeless PFA Fittings & ETFE Ferrules 1/4”-28 tot 1/16”	IDEX Health and Science, USA	SKU: ID-XP-245X	10-pack, Gekocht van Darwin Microfluidics
Kleurvoedsel	Club House, Canada
FreezePoint 6000P Vriespunt Osmometer	ELITechGroup, USA	Model: 6000P
FreezePoint Meetvaten	ELITechGroup, USA	VCAT: SS-279, Cat. No: NC1876881	Gekocht van Fisher Scientific
Gorilla Super Glue Gel	The Gorilla Glue Company, USA	https://gorillatough.com/product/gorilla-super-glue-gel/
Herringbone Mixer - Glass Chip	Little Things Factory	SKU: LTF-012.00-4264	Gekocht van Darwin Microfluidics
Hyperosmotisch Medium - 40% DMSO (v/v) met 1,2 M NaCl			Gemaakt in Lab
Ibidi µ-Slide VI 0.4 – ibiTreat	Ibidi, Germany	Cat.No: 80606
Iso-osmotisch medium- Cytiva HyClone Phosphate Buffered Saline (PBS)	Cytiva, USA	Cat.No: SH3025601	Gekocht van Fisher Scientific
Motic Stereoscoop	Motic, Hong Kong	Model:  SMZ-168 TLED
NE1000 SyringONE Spuitpompen	New Era Pump Systems Inc., USA	Model: 1010-US	Gekocht van New Era Pump Systems Inc.
Phrozen Sonic Mini 8k Resin 3D Printer	Phrozen Tech Co., LTD. Taiwan (R.O.C.)		Phrozen Sonic Mini 8k
Pump-to-PC RS-232 Primair Netwerkkabel	New Era Pump Systems Inc., USA	Model: CBL-PC-PUMP-7 (7 ft. kabel)	9-pin Serial naar RS232 converter, Gekocht van New Era Pump Systems Inc.
Pump-to-Pump Secundaire Netwerkkabel	New Era Pump Systems Inc., USA	Model: CBL-NET-7 (7 ft. kabel)	RS232 kabel, Gekocht van New Era Pump Systems Inc.
Resin- PowerResins Sugical Guide Resin 1000 GR	PowerResins, 3BFab Inc, Türkiye	REF: PSG-03-C
RS-232 naar USB Converterkabel	Prolific Technology, Taiwan (R.O.C.)	Model: CBL-USB232	Gekocht van New Era Pump Systems Inc.
Slide Sealing Tape- Crystal Clear Gorilla Tape 1,88” x 9 yards	The Gorilla Glue Company, USA
Natriumchloride (NaCl)	EMD Millipore, MilliporeSigma, Germany	Cat. No: M1064041000	Gekocht van Fisher Scientific