Yöntem makalesi

Hızlı Prototipleme ve Biyolojik Uygulamalar için Düşük Maliyetli 3D Baskılı Mikrofluidik Cihazlar

DOI:

10.3791/69494

⸱

20 Mart 2026

 ,  , 
1Department of Biology, University of Saskatchewan

Bu makalede

Özet

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Düşük maliyetli, 3D baskılı bir mikrofluidik cihaz ve programlanabilir konsantrasyon gradyanları üretebilen açık kaynaklı Python tabanlı bir yazılım geliştirdik. Bu özelleştirilebilir platformu osmometri ve kolorimetrik analiz kullanarak doğruladık; böylece 5 doların altında maliyetli malzemelerle ve tüketici sınıfı 3D baskı ile tekrarlanabilir osmotik maruziyet çalışmaları ve biyomedikal testler yapılmasını sağladık.

Özet

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Mikrofluidik cihazlar, kriyobiyoloji ve biyomedikal araştırmalarda hücre tabanlı testler için hayati olan, çözelti karıştırma ve gradyan üretimi üzerinde hassas kontrol sağlar. Ancak geleneksel üretim yöntemleri zaman alıcı, maliyetli ve özel uzmanlık gerektiren bu da erişilebilirliği sınırlar. Bu zorlukları gidermek için, tüketici sınıfı bir yazıcı ve biyouyumlu plastik reçine kullanarak hızlı ve ucuz prototiplemeyi kolaylaştırmak için maliyet etkin, güvenilir ve tamamen 3D baskılı bir mikrofluidik cihaz iş akışı geliştirdik. Burada, programlanabilir konsantrasyon gradyanları ve çözelti kombinasyonları üretebilen akışkan bir karıştırma cihazıyla bu iş akışını gösteriyoruz. Ticari mikser cihazlarının her biri 300 dolardan fazla maliyetle ve özelleştirilemezler. Uygun fiyatlı reçine malzemeler ve şeffaf yapışkan bantla kapatılmış yenilikçi açık kanal tasarımı kullanarak, kanal tıkanması gibi yaygın üretim sorunlarını aştık; böylece karmaşık mikrofluidik mimarilerin hızlı ve tekrarlanabilir üretimini mümkün kıldık; tüm bunlar 5 dolardan daha az malzeme maliyetiyle yapıldı. Burada, çift şırıngalı pompaları entegre ederek izo-osmotik (~300 mOsm/kg) ile hiperosmotik (~9.000 mOsm/kg) koşullar arasında lineer osmotik gradyanlar oluşturarak ve ardından belirlenmiş aralıklar boyunca izotonisiteye dönüş yaparak gösteriyoruz. Otomasyon ve tekrarlanabilirliği sağlamak için, şırınga pompasının aktivasyonunu, akış oranlarını ve gradyan zamanlamasını hassas şekilde düzenleyen açık kaynak Python tabanlı bir yazılım aracı geliştirdik. Cihazın performansı, gradyan üretiminin doğrusu, doğruluğunu ve doğruluğunu doğrulayan sürekli osmometrik ölçümlerle ve karıştırma etkinliğini doğrulayan kolorimetrik ölçümlerle doğrulandı. Bu erişilebilir ve maliyet etkin mikrofluidik platform, osmotik maruziyet çalışmalarının tekrarlanabilirliğini önemli ölçüde artırır ve ilaç taraması ile hassas kimyasal modülasyon gibi çeşitli biyomedikal uygulamalar için potansiyel gösterir.

Giriş

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Mikrofluidik cihazlar, hücre tabanlı testlerde, osmotik stres çalışmalarında ve biyomedikal araştırmalar, kriyobiyooloji ve diğer tanı uygulamalarında ilaç uygulama deneylerinde konsantrasyonları ve kimyasal ortamları kontrol etmek için vazgeçilmezhale gelmiştir 1,2. Bu cihazlar, sıvı akışı ve konsantrasyonun mikrometre ölçeğinde hassas kontrolünü sağlar. Örneğin, mikrofluidik cihazlar, hücrelerin kriyokonserve sırasında kriyoprotektif maddelerin eklenmesi ve çıkarılması için osmotik hasarı önlemekamacıyla kullanılmıştır 3. Benzer şekilde, bu mikrofluidik cihazlar antimikrobiyal hassasiyeti dirençli organizmalara karşı test etmek için antibiyotiklerin seri seyreltmelerini oluşturmak için dekullanılır 4. Bu, antimikrobiyal dirençli (AMR) enfeksiyonların tedavisi için optimal ilaç kombinasyonlarının belirlenmesine olanak tanır. Ayrıca, canlı hücre görüntüleme ve izleme imkanı sağlar, reaktif tüketimini azaltır ve konsantrasyon gradyanlarında hassasiyeti sağlar; Boyden odası gibi makroskopik teknikler ise gerçek zamanlı hücre izleme olmadan daha kaba ve statik gradyanlar sağlar 1,5. Bu yetenekler, hücre davranışı, hücre göçü, hücre istilası testleri, ilaç yanıtı ve toksisite testleri için in vivo benzeri kimyasal ortamlarda taklit yapılmasını mümkün kılar.

Mikrofluidik cihazların avantajlarına rağmen, bu cihazlar için geleneksel mikroüretim teknikleri (örneğin, fotolitografi ve polidimetilsiloksan (PDMS) kalıplama) genellikle zaman alıcı, pahalıdır ve özel ekipman ile uzmanlık gerektirir6. Bu nedenle, yumuşak litografiyle yeni bir cihaz oluşturmak günlerce çalışma gerektirebilir ve yinelemeli tasarım değişiklikleri de emek yoğunolur 6. Son zamanlarda, 3D baskı bu sınırlamaları aşmak için hızlı bir prototip alternatifi haline geldi. Ancak, 3D baskılı mikrofluidiklerin erken benimsenmesi, yüksek çözünürlüklü yazıcıların maliyeti (genellikle 10.000 dolar ≥) nedeniyle sınırlıydı ve ucuz cihazlar yeterli çözünürlüksağlamaz. Düşük maliyetli LCD tabanlı stereolitografideki gelişme, tüketici sınıfı yazıcıların (genellikle ~$150-$500) artık mikro ölçekli (~20-50 μm) çözünürlük sunmasıyla bu alanı önemli ölçüde ilerletmiştir; bu çözünürlük birçok mikrofluidik uygulama için yeterlidir5. Bu gelişmeleri göz önünde bulundurarak, çalışmamızın genel amacı, üretim karmaşıklığının tipik engelleri olmadan kontrollü konsantrasyon gradyanları üretebilen tamamen 3D baskılı mikrofluidik cihazlar için maliyet etkin ve verimli bir iş akışıoluşturmaktı 8. Tüketici sınıfı LCD 3D yazıcı ve biyouyumlu reçineden yararlanarak, özel mikrofluidik model sistemleri üretmek için hızlı ve güvenilir bir yöntem geliştirmeyi hedefledik; böylece bunu çok çeşitli laboratuvarlara erişilebilir hale getirdik.

Burada, çözeltileri karıştırabilen, sürekli ve programlanabilir konsantrasyon gradyanları üretebilen, çözelti kombinasyonları ve programlanabilir konsantrasyon gradyanları oluşturabilen 3D baskılı mikrofluidik bir cihaz sunuyoruz. Cihaz, masaüstü stereolitografisi ile üretilir ve tamamen monte edilir; şeffaf yapışkan film reçinesi kaynaklı kanal tıkanıklığı, mikrofluidik stereolitografide yaygın olarak bildirilen bir zorluktur; 9,10; ancak bu yaklaşım, özel yüzey işlemi veya yapıştırma ekipmanı gerektirmeden sağlam, sızdırmaz bir mikrofluidik cihaz geliştirir ve baskı sırasında küçük kanalları tıkayan kürlenmemiş reçine sorununuaşar 11. Ayrıca, ucuz, UV ile kürlenebilen reçineler kullanılarak, her cihaz sadece birkaç dolarlık malzemeye hızlıca üretilebilir. Bir diğer avantaj ise tasarımının sabit olmamasıdır; Ticari cihazlar gibi her biri yüzlerce dolara mal olan ve kişiselleştirilemeyen cihazlar gibi kolayca değiştirilebilir ve yeniden basılabilir 12,13,14.

Çözelti konsantrasyonunu kontrol etmek için, 3D baskılı cihaz, mikrofluidik uygulamalar için daha önce tanımlandığı gibi, açık kaynaklı bir Python betikiyle kontrol edilen çift şırınga pompası (her giriş çözümü için bir tane) entegreedilmiştir 15. Bu, akış hızlarının, gradyan adımlarının ve zamanlamanın otomatik olarak hassas şekilde düzenlenmesini sağlar. 15 Sistemimizdeki akış hızları genellikle giriş başına birkaç mikrolitre ile 30 μl/dakika arasında değişir; bu aralıklar içinde tutarlı bir şekilde düzgün karışma sağlanır ve minimum kayma gerilimi korunur. Bu sistemi kullanarak, yaklaşık izo-osmotik (~300 mOsm/kg) ile aşırı hiperosmotik (~9.000 mOsm/kg) koşullara ve tekrar izotonik, belirlenmiş zaman aralıkları üzerinde doğrusal konsantrasyon profilleri oluşturduk. Sürekli osmometre okumaları, üretilen gradyanların doğrusal ve doğru olduğunu doğruladı ve basit bir kolorimetrik test, giriş çözümlerinin verimli karıştırılmasını doğruladı. Bu sonuçlar, karmaşık, zaman değişkeni konsantrasyon gradyanlarının tamamen 3D baskılı platformumuzla tekrarlanabilir şekilde elde edilebileceğini doğruluyor ve osmotik maruziyet çalışmalarının verimliliğini ve standartlaştırılmasını normalin çok küçük bir maliyetiyle artırma potansiyelini ortaya koyuyor.

Bu 3D baskılı mikrofluidik platform, birçok hücre tabanlı mikrofluidik uygulama için yeterli çözünürlük sağlayan "çip üzerinde laboratuvar" çözümlerine yönelik son ilerlemeleri göstermektedir 16,17. Ayrıca, uzmanlar, yazıcı teknolojisi ve malzemelerindeki ilerlemeler devam ettikçe, ekleyici üretimin mikrocihaz üretiminde önde gelen bir yöntem haline geleceğini öngörüyor6. Yaklaşımımızın temel avantajlarından biri, erişilebilirliğin performansın pahasına gelmemesidir. Düşük maliyetli mikrofluidik üretim stratejilerini gösteren önceki çalışmalarlauyumlu olarak, bu uygun fiyatlı yazıcılar, güvenilirlik ve doğruluk açısından birçok ticari endüstriyel sistemle karşılaştırılabilir cihaz özellikleriüretir. Böylece araştırmacılar, bu yöntemi çoğu uygulamanın hassasiyet gereksinimlerini karşılayacağına güvenerek benimseyebilirler. Bu platform, çok aşamalı kriyoprotektan ekleme/çıkarmanın otomatikleştirildiğinden, çeşitli konsantrasyon aralıklarında ilaç yanıtlarının taramasına ve organ-on-chip modellerinde hassas kimyasal modülasyon sunmaya kadar çeşitli ihtiyaçlara uyarlanabilir16. Özellikle, basılı çözünürlük boyutları (yaklaşık 100 μm kanal boyutları) birçok biyolojik testiçin yeterlidir ve tipik hücre veya parçacık uzunluk ölçekleri için iyi bir aralık sağlar. Özetle, üretim süresi, maliyet ve uzmanlık gereksinimlerini önemli ölçüde azaltarak, bu tamamen 3D baskılı mikrofluidik platform araştırmacıların özel mikrofluidik çözümleri verimli bir şekilde prototipize edip uygulamalarına olanak tanır. Yüzey parlatma ve yapıştırıcı bant sızdırdırma gibi manuel işlem aşamaları hâlâ gerekli olsa da, genel iş akışı geleneksel mikro üretim yöntemlerine kıyasla erişilebilir ve zaman tasarrufu sağlar.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Mikrofluidik karıştırma slaytının tasarımı

  1. Uygun bir CAD yazılımı (örneğin, AutoCAD 3D veya TinkerCAD, AutoDesk, Inc) kullanılarak, iki kanallı girişler ve karıştırma Y şeklinde bir birleşimle serpantin bir mikrokanal tasarlayın; ardından etkili karıştırmayı kolaylaştıran ve difüzyon için yeterli kanal uzunluğu sağlayan bir yol tasarlayabilirsiniz. Kanal elemanlarını tek bir bölgede birleştirin.
  2. Temel alt yapı olarak hizmet edecek dikdörtgen bir kaydırım (85 mm x 28 mm x 3 mm) oluşturun. Daha sonra, önceden tasarlanan yılan tipli mikrokanalı slaytın üst yüzeyinden çıkararak uygun derinlik ve genişlikte açık bir kanal yapısı oluşturulur.
  3. 1/16" OD boru için her dişli konnektör portunu (1/4"-28 UNF) ayrı bir özellik olarak oluşturup sürgü gövdesiyle birleştirerek iç UNF dişlemesinin bağlantı parçalarıyla tam olarak eşleşmesini sağlayabilirsiniz.

2. Tasarımın baskı için hazırlanması

  1. 3D baskı sürecine hazırlanmak için, tasarlanmış mikrofluidik slayt montajı STL dosyalarını CHITUBOX Basic v2.3.1 (Shenzhen CBD Technology Co. Ltd, Çin) gibi açık kaynaklı dilimleme yazılımına aktarın.
  2. Yazıcıya özgü önceden tanımlanmış yapılandırma ve reçine profilleri ayarlarını (Phrozen_Sonic_Mini_8K_Power_Resin_SG_00.cfgx) dilimleme yazılımında yükleyin. GitHub deposundan Slice Settings > Import Settings üzerinden tam yazıcı ve reçine ayarları dosyasını içe aktarın.
    NOT: 3D reçine baskı için tam bir rehber bu çalışmanın kapsamı dışındadır; ancak çoğu 3D yazıcı üreticisi, reçine ayarları ve baskıların başarı için nasıl konumlandırılacağı konusunda rehberler sunar, yani https://phrozen3d.com/blogs/tutorials/resin-print-failures.
  3. En iyi baskı sonuçlarını elde etmek için model yönünü yapı plakasına göre yaklaşık 45-50° olarak ayarlayın (burada 46,67° kullanılmıştır). Bu pozisyon, baskı sırasında emme sorunlarını önler ve küçük kanalları ile delikleri temiz tutar.
    NOT: Karıştırma slaytı STL ithal edildikten sonra, slayt baskı yüzeyine düz yerleştirilir. Kaydırma yönü daha sonra reçinenin boşalmasına izin vermek ve düz bir yüzeye karşı boşluk oluşumunun yarattığı basınç farkları riskini en aza indirmek için döndürülmelidir.
  4. Slicing yazılımındaki otomatik destek özelliğini kullanarak kaydırığın yapısal desteğini ekleyin. Kanalın Chitubox ana penceresinde görünen yazıcı kafasından uzakta olduğundan emin olun. Sonra, Chitubox ana ekranının sol tarafında bulunan çeviri butonu ve menü ile slayt ile baskı plakası arasındaki mesafeyi 5 mm'ye çıkarın. Bu boşluk, destek yapıları ve parlak kısım için destek salına olanak tanır.
  5. Sonra, ek destekleri manuel olarak ekleyin; baskı kafasına en yakın noktadaki destek parçalarının yoğunluğunu artırın ve slaytın her iki tarafına destekler ekleyin; böylece parça viskoz reçineden yükselirken statik bir konumda kalmasını sağlar.
  6. Otomatik oluşturulan destekleri dikkatlice inceleyin ve özellikle kenarlar ve kanallar gibi karmaşık özellikler çevresinde stabiliteyi artırmak için gerekirse manuel olarak ek destekler ekleyin.
  7. Modeli dilimleyip her katmanı dikkatlice inceleyin, dilimler arasında görünür boşluk olmadığından emin olun.
  8. Slice > Island Detection ile Island detection butonuna tıklayın; baskı hatalarına yol açabilecek desteklenmeyen bölgeleri bulabilirsiniz. İzole bölgeler tespit edilirse, kesme işlemi tekrarlanın.
  9. Model ada denetiminden geçtiğinde, izole alanlar tespit edilmeden hazırlanmış model dosyasını bir USB sürücüye ".ctb" dosyası olarak kaydederek 3D baskıya hazır hale getirin.
    NOT: Reçine ayarları üreticinin önerisiyle ithal edilmiş ve üretici tarafından sağlanan XP Finder modeli kullanılarak test edilmiştir ve https://phrozen3d.com/pages/phrozens-xp-finder-and-rp-tester-test-model-download-and-tutorials üzerinde bulunabilir. Ayarlar ortam laboratuvar koşullarına ve yazıcılar arasında değişebildiğinden, bu ayarları test etmek ve bazı durumlarda laboratuvar içi koşulları dikkate almak için ayarlamalar yapmak önemlidir. Yazıcı ve reçine için tam bir ayar dosyası, bu metni eşlik eden GitHub deposunda bulunabilir; tüm kodlar ve bahsedilen .stl dosyalarıyla birlikte. Baskı sırasında küçülme ve bükülme de meydana gelebileceğini unutmayın. Bu, hem reçine ayarlarının, hem baskı açısının hem de destek direklerinin dağılımı laboratuvar ortam koşullarına uygun şekilde ayarlanarak bir dereceye kadar dengelenebilir. Kaydırma şeffaflığı, katmanların oluşma açısından büyük ölçüde etkilenir; ancak bu slayt sadece karıştırma için kullanıldığı için, görüntüleme için değil, bu yüzden bu sadece renk boyama için yeterli netlik sağlamak için bir endişeydi. Bu, slaytın alt kısmının baskı başı plakasına göre 20 ile 60 derece arasında olmasını sağlayarak sağlandı. Bu durumda 46,67 derece açı kullanılmıştır; çünkü bu açı, katman hizasına dayalı yüksek bir optik netlik sağlarken, baskı sürecinde desteklenmeyen özelliklere yol açacak kadar dik değil; bu, dilimleme ekranında bulunan Chitubox adalar için kontrol butonu ile değiştirilmiştir; bu düğme Dilimleme düğmesine tıklandıktan sonra açılır.

3. Baskı ve sonradan işleme

  1. Mikrofluidik sürgü ve konnektör montajına karşılık gelen .ctb dosyasını seçin ve baskı işini başlatın.
    DIKKAT: Tüketici reçine tabanlı 3D yazıcılar evde kullanılmak üzere tasarlanmış olsa da, reçine malzemeler potansiyel olarak tehlikeli uçucu organik bileşikler (VOC) yayabilir. Bu nedenle, 3D yazıcının kimyasal bir buhar davlumbazında veya yeterli havalandırmaya sahip bir alanda çalıştırılması önerilir.
  2. Baskı sürecini periyodik olarak izleyin. Bu tasarımın tipik bir baskısı, reçine özelliklerine ve yazıcı hızına bağlı olarak yaklaşık 3-4 saat sürer.
  3. Baskıdan sonra, basılan cihazı plastik bir scrapper kullanarak dikkatlice yapım plakasından çıkarın ve basılmış modele hemen %90 etanol sıçrayarak kürlenmemiş reçineyi çıkarın.
    DIKKAT: Kürlenmemiş reçine ciddi kimyasal yanıklara neden olabilir. Cihazları tamamen kürlenip temizlenene kadar kullanırken eldiven, laboratuvar önlüğü ve gözlük gibi uygun kişisel koruyucu ekipmanların (PPE) takıldığından emin olun. Basılı örneklerin yıkanmasında kullanılan etanol, iyi havalandırılan bir alanda tutulmalıdır. Eldiven ve göz koruma dahil olmak üzere PPE giydiğinizden emin olun.
  4. Baskı hâlâ yumuşakken, tüm küçük deliklerin, kanalların ve dişli alanların temiz ve erişilebilir olduğundan emin olun. Gerekirse, kısmen tıkanmış veya tıkanmış bölgeleri temizlemek için pipet ucu veya ince iğne gibi küçük aletleri nazikçe kullanın. Kanalları temizlemek ve açıklığı doğrulamak için sıkıştırılmış hava veya etanol dolu bir şırınga kullanın.
  5. Basılı modeli %99 etanole tamamen daldırın, 2-3 dakika boyunca bu şekilde çözülmemiş reçineyi çözerek tüm mikrokanal ve çatlakların tamamen temizlenmesini sağlar.
  6. Temizlenmiş baskıyı UV kürleme odasına yerleştirin. Baskılı slaytın her iki tarafını UV ışığına eşit şekilde maruz bırakın, her tarafı yaklaşık 30 saniye boyunca. Uniform pozlama eğrilmeyi önler ve boyutsal stabiliteyi sağlar.
    DIKKAT: Göz hasarını önlemek için UV kürleme işlemlerinde her zaman UV korumalı güvenlik gözlüğü takın.
    NOT: Kürleme kutusu yüksek yoğunluklu 405 nm lamba içerir. Parça çoğunlukla şeffaf olduğu ve lamba parçanın 10 cm üzerinde tutulduğundan, kürlenme hızlı gerçekleşir. Farklı lamba pozlama süreleriyle yapılan denemeler, 6 saniyelik lamba süresinin ardından parça döndürüldüğünde 3 saniyenin etkili olduğunu göstermiştir. Üretici, sırasıyla 30 dakika ve boş dakikalar boyunca ayarlanmış bir medicure kürleme istasyonu ile kürlenmesini önerir.
  7. Kürledikten sonra, baskıyı kısa bir süreliğine etanolle batırın veya durulayın, ardından istenmeyen bölgelerde kurumayı ve ardından reçine sertleşmesini önlemek için etanol içeren kapalı bir Ziplock torbasına koyun.
  8. Etanol içeren kapalı poşeti ve kürlenmiş modeli ultrasonik temizleyiciye yerleştirin. 180 saniyelik sonikasyon yaparak kalan reçine veya kirleticileri etkili bir şekilde temizleyin.
    NOT: Alternatif olarak, ticari olarak mevcut yıkama ve kürleme istasyonları, laboratuvarlar arasında post-işlemeyi standartlaştırmak için kullanılabilir.
  9. Sonikasyondan sonra, basılan cihazı damıtılmış suyla iyice durulayın.
  10. Son temizlik adımını cihaz tekrar %90 etanol içinde püskürttüp batırarak gerçekleştirin. Gerekirse, ultrasonik temizliği 180 saniye daha tekrarlayarak tam temizlik sağlanır.
  11. Sonradan kürlemeden sonra, parçanın yüzeyini 440 grit zımpara kağıdıyla dikkatlice cilala. Aynı işlemle karıştırma slaytına yerleştirilecek dişli konnektörleri de aynı süreçle sonradan kürleyin; ancak 3 konnektör aynı anda yazıcıda, kürlenme kutusunda ve etanol içeren ziplockların içine yan yana yerleştirilerek basılır, yıkanır ve sonradan kürlenir. Bir kez daha damıtılmış suyla durulayın ve hava kurumasına veya kalan suyu temizlemek için basınçlı hava ile hafifçe fenleyin.
    NOT: Baskı sürecinin adım adım görüntüleri Ek Şekil 1'de gösterilmiştir.

4. Mikrofluidik kanalın yüzey parlatması ve sızdırmazlığı

  1. Net görselleştirme ve iyi bir sızdırmazlık için pürüzsüzlük sağlamak için, mikrofluidik slaytın yüzeyini parlatmak için cam taş kullanın.
  2. İlk olarak, üst yüzeyi 2.45 mikron (6.000 ağ) cam taşı (tizm aralığı ~1.5-2.3 μm) kullanarak yüzeyi pürüzsüz bir şekilde parlatın. Daha sonra yüzey yüzeyini daha ince 0,92 mikron (16.000 ağ) bir taşla (yüzey aralığı ~0,76-1,5 μm) parlatarak daha da iyileştirir. Bu, daha da pürüzsüz bir bitiş sağlar (Ek Şekil 2).
  3. Mikrokanalı şeffaf su geçirmez yama ve bant ile kapatın. Bantın kanal alanının tamamını tamamen kapladığından emin olun, konnektör delikleri ve portları ise engelsiz tutulur ( bkz. Şekil 1).
  4. Önce bandı kaydırmanın bir tarafından uygulayın, ardından başparmakla nazikçe ama sıkıca bastırarak eşit yapışma sağlanır ve hava kabarcıklarını giderir.
  5. Sürgü kenarlarındaki fazla bandı kesmek için keskin makas veya bıçak kullanın, böylece konnektörün temiz kesilip işlevsel kalmasını sağlar.
  6. Bantlanmış sürgü 60 °C'de 30 dakika boyunca fırında bağlanma gücünü artırın.
  7. Soğuduktan sonra, konnektörleri sürgülün kenarına sabitlemek için süper yapıştırıcı jel uygulayın. Yapıştırıcı berbatlaşırken her konnektöre nazik bir baskı uygulayarak doğru hizalanmayı sağlayarak sıvı taşıma için güvenilir boru bağlantılarını sağlar.
    NOT: Yeterli optik şeffaflık gösteren basılı cihazın temsil resmi Ek Şekil 3'te gösterilmiştir.

5. Akışkan akışı kurulumu ve testi

  1. İstenilen test çözeltilerini iki ayrı şırıngaya yükleyin (Şırınga A ve Şıringe B olarak etiketlenmiş; Şekil 1). Gradyent üretimi için iki çözelti kullanın: (i) fosfatla tamponlanmış tuzlu (PBS) izozmotik bir çözelti ve (ii) %40 (v/v) dimetil sülfoksit (DMSO) içeren hiperosmotik bir çözelti ve PBS'de hazırlanmış 1,2 M sodyum klorür (NaCl).
    NOT: Cihaz, yaklaşık izo-osmotik (~300 mOsm/kg) ile aşırı hiperosmotik (~9.000 mOsm/kg) koşullar ve tekrar izotonik, belirlenmiş zaman aralıkları üzerinde doğrusal konsantrasyon gradyanları oluşturdu.
  2. Doğru akış kontrolü ve basınç düzenlemesi için hassas gaz geçirmez cam şırıngalar kullanın. Şırıngaları sürgüye 1/4"-28 fitinler, ferruletler ve 1/16" OD PEEK boru kullanarak takın.
  3. Şırıngalar ve borular mikrofluidik cihaza güvenli bir şekilde bağlandıktan sonra, şırıngaları programlanabilir hassas şırınga pompalarına monte edersiniz.
  4. Her iki şırınga pompasını (Pompa A ve Pompa B) sağlanan ağ kablosu kullanarak birbirine bağlayarak senkronize çalışmayı sağlar.
  5. Pump A'yı, bilgisayarın seri portuna takılmış bir RS232 kablosu olan bir bilgisayara bağlayın.
  6. Pompa C'yi mikrofluidik cihazın aşağısında, çekim modunda kurarak sabit akışı koruyor ve basınç birikmesini önleyin.
  7. Şırınga pompalarından sıvı akışını tam olarak kontrol etmek için Python tabanlı betikleri çalıştırın. Pompa A ve Pompa B'yi yöneterek iso'dan hiper-osmotik koşullara doğrusal bir osmotik gradyan oluşturacak, ardından kullanıcı tanımladığı zaman aralıklarında izo-osmotik koşullara geri dönecek.
  8. Python yazılımında akış hızı, gradyan aralıkları ve toplam çalışma süresi gibi deneysel parametreleri ayarlayarak deneysel koşulları özel test gereksinimlerine göre uyarlayın.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Şekil 1, cihazımızın genel kurulumunu göstermektedir

figure-results-1
Şekil 1: Sistem kurulumu.Soldan sağa, Python tabanlı kontrol yazılımı, şırınga pompaları A ve B'nin pompalama hızlarını değiştirerek hassas zaman ve konsantrasyon eğrileri oluşturulmasını sağlar. Sıvı, cam şırıngalardan polieter eter keton (PEEK) bo...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Mikrofluidikler karıştırma odaları genellikle önceden ayarlanmış konfigürasyonlarla üretilen pahalı bileşenlerdir. Bu el yazması, hızlı prototipleme ve özel kodlamanın laboratuvarların karıştırma odalarını hızla geliştirmesini ve çok çeşitli deneysel kurulumların mümkün olmasını sağladığını göstermektedir.

Kolorimetrik analiz ve osmometri kullanarak tam karıştırmayı doğruluyoruz. Osmotik ölçümler, karışım konsantrasyonuna dayalı hesaplanan teorik değerlerle da...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarların açıklayacak hiçbir şeyi yok.

Teşekkürler

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu çalışma, Ulusal Bilim ve Mühendislik Araştırma Konseyi (RGPIN-2023-04007) ve Kanada Sağlık Araştırmaları Enstitüleri (PJT-175283) tarafından finanse edilmiştir.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
1/16" OD PEEK Capiler Tubing – 65 µ m iç çapıIDEX Sağlık ve Bilim, ABDSKU: ID-15601,5 m, daha küçük kesimlere ayrılmış. Darwin Microfluidics'ten satın alındı
3D Yazıcı UV Reçine Kürleme Işık & Dash; 230 V 405 nmSkouphy, ÇinBeyaz bir strafor kutuya reçine parçası olan bir kutuya koyarak ~6 S için post kürleme istasyonu olarak kullanılır
3x Gaz Geçirmez 1/4-28 UNF Cam Şırıngası & Dash; 5 mLHamilton, ABDSKU: HM-101036641/4-28 fiting, 1/16" bağlantı sağlar PEEK Tubing. Darwin Microfluidics'ten satın alındı
Dimetil Sülfoksit (DMSO), Sertifikalı ACSFisher Scientific, ABDCat.No: D128-1Fisher Scientific'ten satın alındı
ELITechGroup KALIBRASYON STANDARDI, 850 MOSM/KELITechGroup, ABDVCAT: SS-277, Cat. Hayır: NC1876875Fisher Scientific'ten satın alındı
ELITechGroup KALIBRASYON STANDARDI, 300 MOSM/KELITechGroup, ABDVCAT: SS-276, Cat. Hayır: NC1876872Fisher Scientific'ten satın alındı
Flanşsız PFA Donanımları & ETFE Ferrules 1/4"-28 ila 1/16"  IDEX Sağlık ve Bilim, ABDSKU: ID-XP-245X10 paket, Darwin Microfluidics'ten satın alındı
Gıda BoyasıClub House, Kanada
FreezePoint 6000P Donma Noktası OsmometresiELITechGroup, ABDModel: 6000P
FreezePoint Ölçüm KaplarıELITechGroup, ABDVCAT: SS-279, Cat. Hayır: NC1876881Fisher Scientific'ten satın alındı
Gorilla Süper Yapıştırıcı Jeli Gorilla Yapıştırıcı Şirketi, ABDhttps://gorillatough.com/product/gorilla-super-glue-gel/
Balık Kemiği Mikseri - Cam ParçaKüçük Şeyler FabrikasıSKU: LTF-012.00-4264Darwin Microfluidics'ten satın alındı
Hiperosmotik Medya - %40 DMSO (v/v) ve 1.2 M NaClLaboratuvarda Üretildi
Ibidi µ-Slide VI 0.4 – ibiTreatIbidi, AlmanyaCat.No: 80606
İzozmotik Ortam - Cytiva HyClone Fosfat Tamponlu Salin (PBS)Cytiva, ABDCat.No: SH3025601Fisher Scientific'ten satın alındı
Motik StereoskopMotic, Hong KongModel:  SMZ-168 TLED
NE1000 ŞırıngaONE Şırınga PompalarıNew Era Pump Systems Inc., ABDModel: 1010-USNew Era Pump Systems Inc.'den satın alındı.
Phrozen Sonic Mini 8k Reçine 3D YazıcıPhrozen Tech Co., Ltd. Tayvan (R.O.C.)Phrozen Sonic Mini 8k
Pompadan PC'ye RS-232 Birincil Ağ KablosuNew Era Pump Systems Inc., ABDModel: CBL-PC-PUMP-7 (7 ft kablo)9-pinli seri RS232 dönüştürücü, New Era Pump Systems Inc.'den satın alındı.
Pompadan pompaya ikincil ağ kablosuNew Era Pump Systems Inc., ABDModel: CBL-NET-7 (7 ft kablo)RS232 kablosu, New Era Pump Systems Inc.'den satın alındı.
Reçine- PowerResins Sugik Rehber Reçine 1000 GRPowerResins, 3BFab Inc, Tü rkiyeREFERANS: PSG-03-C
RS-232'den USB'ye dönüştürücü kabloProlific Technology, Tayvan (R.O.C.)Model: CBL-USB232New Era Pump Systems Inc.'den satın alındı.
Sürgü Sızdırmazlık Bantı - Kristal Berraklık Gorilla Bant 1.88" x 9 yardGorilla Yapıştırıcı Şirketi, ABD
Sodyum Klorür (NaCl)EMD Millipore, MilliporeSigma, AlmanyaKedi. Hayır: M1064041000Fisher Scientific'ten satın alındı

Kaynaklar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Samandari, M., et al. A simple, low cost and reusable microfluidic gradient strategy and its application in modeling cancer invasion. Sci Rep. 11 (1), 1-11 (2021).
  2. Sackmann, E. K., Fulton, A. L., Beebe, D. J. The present and future role of microfluidics in biomedical research. Nature. 507 (7491), 181-189 (2014).
  3. Zhao, G., Fu, J. Microfluidics for cryopreservation. Biotechnol Adv. 35 (2), 323-323 (2017).
  4. Sweet, E., et al. 3D microfluidic gradient generator for combination antimicrobial susceptibility testing. Microsyst Nanoeng. 6, 92(2020).
  5. Bhattacharjee, N., Urrios, A., Kang, S., Folch, A. The upcoming 3D-printing revolution in microfluidics. Lab Chip. 16 (10), 1720-1720 (2016).
  6. Nielsen, A. V., Beauchamp, M. J., Nordin, G. P., Woolley, A. T. 3D printed microfluidics. Annu Rev Anal Chem. 13 (1), 45-65 (2020).
  7. Leong, K. M., et al. Democratizing access to microfluidics: rapid prototyping of open microchannels with low-cost LCD 3D printers. ACS Omega. 9 (45), 45537-45544 (2024).
  8. Qiu, J., et al. 3D printing of individualized microfluidic chips with DLP-based printer. Materials. 16 (21), 6984(2023).
  9. Carnero, B., Bao-Varela, C., Gómez-Varela, A. I., Álvarez, E., Flores-Arias, M. T. Microfluidic devices manufacturing with a stereolithographic printer for biological applications. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 129, 112388-112388 (2021).
  10. Ahmed, I., Sullivan, K., Priye, A. Multi-resin masked stereolithography (MSLA) 3D printing for rapid and inexpensive prototyping of microfluidic chips with integrated functional components. Biosensors (Basel). 12 (8), 652(2022).
  11. Razavi Bazaz, S., et al. 3D printing of inertial microfluidic devices. Sci Rep. 10 (1), 5929(2020).
  12. Naderi, A., Bhattacharjee, N., Folch, A. Digital manufacturing for microfluidics. Annu Rev Biomed Eng. 21, 325-325 (2019).
  13. Duong, L. H., Chen, P. C. Simple and low-cost production of hybrid 3D-printed microfluidic devices. Biomicrofluidics. 13 (2), 024108(2019).
  14. Felton, H., Hughes, R., Diaz-Gaxiola, A. Negligible-cost microfluidic device fabrication using 3D-printed interconnecting channel scaffolds. PLoS One. 16 (2), e0245206(2021).
  15. Lake, J. R., Heyde, K. C., Ruder, W. C. Low-cost feedback-controlled syringe pressure pumps for microfluidics applications. PLoS One. 12 (4), e0175089(2017).
  16. Shafique, H., et al. High-resolution low-cost LCD 3D printing for microfluidics and organ-on-a-chip devices. Lab Chip. 24 (10), 2774-2790 (2024).
  17. Waheed, S., et al. 3D printed microfluidic devices: enablers and barriers. Lab Chip. 16 (11), 1993-2013 (2016).
  18. Liu, J., Hwang, H. H., Wang, P., Whang, G., Chen, S. Direct 3D-printing of cell-laden constructs in microfluidic architectures. Lab Chip. 16 (8), 1430-1438 (2016).
  19. Zhao, L., Wang, X. 3D printed microfluidics for cell biological applications. TrAC Trends Anal Chem. 158, 116864-116864 (2023).
  20. Elliott, J. A. W., Prickett, R. C., Elmoazzen, H. Y., Porter, K. R., McGann, L. E. A multisolute osmotic virial equation for solutions of interest in biology. J Phys Chem B. 111 (7), 1775-1785 (2007).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

3B Yaz c yla retilmi Mikroak kanlarGradyan Olu turmazelti Kar t rmar nga PompalarOzmotik GradyanlarBiyomedikal UygulamalarA k Kanal Tasar mPython Otomasyonu
Video yakında

İlgili makaleler