วิธีการผลิตที่รวดเร็วทำให้ไมโครฟลูอิดิกส์แบบโมดูลาร์มีชีวิต

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยบริสตอลได้รวมการพิมพ์ 3 มิติต้นทุนต่ำเข้ากับการพิมพ์หินแบบอ่อน เพื่อเพิ่มความคล่องตัวในการผลิตอุปกรณ์ไมโครฟลูอิดิกที่ซับซ้อน เทคนิคนี้แสดงถึงขั้นตอนสำคัญสู่เทคโนโลยีการวินิจฉัยด้วยแล็บบนชิปที่เข้าถึงได้ในระดับสากล โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสถานพยาบาลที่ทรัพยากรด้านการดูแลสุขภาพหายาก ความสำเร็จของเทคนิคอยู่ที่ความเป็นมิตรต่อผู้ใช้ 

การเขียนในPLoS ONEนักวิจัยอธิบายเวิร์กโฟลว์

ของพวกเขาโดยคำนึงถึงผู้ใช้ที่ไม่ใช่ผู้เชี่ยวชาญ ฮาร์ดแวร์ราคาประหยัดและซอฟต์แวร์โอเพ่นซอร์ส เช่น ตรวจสอบให้แน่ใจว่ากระบวนการผลิตนั้นเหมาะสำหรับทั้งสภาพแวดล้อมการวิจัยและการสอน ยิ่งไปกว่านั้น การออกแบบโมดูลาร์ของช่องไมโครฟลูอิดิกหมายความว่าแพทย์และนักการศึกษาสามารถคลิกและเชื่อมต่อหลายช่องทางเพื่อสร้างระบบไมโครฟลูอิดิกมากมาย

“เราหวังว่า [เทคนิค] นี้จะทำให้ไมโครฟลูอิดิกส์และเทคโนโลยีแล็บออนอะชิปเป็นประชาธิปไตย ช่วยพัฒนาการวินิจฉัย ณ จุดดูแล และจุดประกายให้นักวิจัยและแพทย์รุ่นต่อไปในสาขานี้” ผู้เขียนศึกษาRobert Hughesกล่าว

เรียบง่ายไม่มีป้ายราคาสูงอุปกรณ์ Lab-on-a-chip ช่วยให้สามารถตรวจหาโรคติดเชื้อต่างๆ เช่น วัณโรคและมาลาเรียได้แบบเรียลไทม์ อย่างไรก็ตาม การเพิ่มประสิทธิภาพระบบไมโครฟลูอิดิกต้องใช้กระบวนการผลิตขั้นสูง (และมีราคาแพง) สิ่งนี้จำกัดการดูดซึมในประเทศที่มีรายได้ต่ำและปานกลาง ซึ่งการวินิจฉัยโรคที่แพร่ระบาดอย่างรวดเร็วจะส่งผลกระทบมากที่สุด

ทีมงานที่ Bristol ตั้งเป้าที่จะลดระดับการเข้าร่วมการวิจัย

ไมโครฟลูอิดิก ซึ่งหมายถึงการลดเวลาและเงินที่ใช้ในการสร้างต้นแบบอุปกรณ์ใหม่ เทคนิคของพวกเขาใช้อุปกรณ์ในครัวเรือนที่เรียบง่ายและเครื่องพิมพ์วัสดุที่มีจำหน่ายในท้องตลาดเพื่อผลิตแม่พิมพ์ต้นแบบไมโครฟลูอิดิกต้นทุนต่ำ จากนั้น แม่พิมพ์เหล่านี้จะนำไปใช้ในการผลิตชิปไมโครฟลูอิดิกที่ทำจากพอลิไดเมทิลไซลอกเซน (PDMS) ซึ่งเป็นพอลิเมอร์ที่ยืดหยุ่นด้วยต้นทุนต่ำ ในกระบวนการที่เรียกว่าการพิมพ์หินแบบอ่อน เมื่อฝังอยู่ใน PDMS ต้นแบบจะทิ้งรอยประทับไว้ และไมโครแชนเนลจะก่อตัวขึ้น

ไมโครฟลูอิดิกชิปผสมสีชิปไมโครฟลูอิดิกผสมสีย้อมที่สร้างขึ้นโดยใช้จุดแยก Y และโมดูลตัวต้านทานของเหลวที่เชื่อมต่อถึงกัน ช่องแคบเท่ากับ 100 µm (ประมาณความกว้างของเส้นผมมนุษย์) ผู้ใช้สามารถเลือกการออกแบบไมโครแชนเนลได้ห้าแบบ (โมดูล) แต่ละแบบมีตัวเชื่อมต่อแบบบอลและซ็อกเก็ต เช่นเดียวกับชิ้นส่วนจิ๊กซอว์ โมดูลต่างๆ จะถูกคลิกเข้าด้วยกันผ่านตัวเชื่อมต่อที่เกี่ยวข้องเพื่อสร้างโครงนั่งร้าน จากนั้นโครงนั่งร้านที่ประกอบแล้วจะถูกยึดติดด้วยความร้อนกับพื้นผิวแก้วเพื่อสร้างแม่พิมพ์

กระบวนการผลิตทั้งหมดมีความเหมาะสมอย่างยิ่งกับการตั้งค่าทรัพยากรต่ำ ผู้ใช้สามารถพิมพ์โครงนั่งร้านของตนเองโดยใช้ปลั๊กอิน CAD โอเพ่นซอร์สที่จัดทำโดยนักวิจัย หรือขอไลบรารีแบบผสมและจับคู่ของไมโครแชนเนลผ่านโรงพิมพ์ 3 มิติ นอกจากนี้ ขั้นตอนการเชื่อมด้วยความร้อนจะสร้างช่องสัญญาณที่ชัดเจนซึ่งช่วยให้สามารถใช้ต้นแบบซ้ำได้ ซึ่งคาดว่าจะลดโอกาสที่ช่องจะเปรอะเปื้อน

อนาคตของไมโครฟลูอิดิกส์ที่พิมพ์ 3 มิติ? เพื่อประเมินความน่าเชื่อถือของเทคนิค นักวิจัยได้ประเมินคุณภาพการพิมพ์มาตรฐานของการออกแบบไมโครแชนเนลทั้งห้าแบบ

พวกเขาพิมพ์ช่องขนาด 100 และ 350 µm 

โดยใช้หัวฉีดขนาด 0.1 และ 0.4 มม. ตามลำดับ ประมาณสองในสามของช่องที่พิมพ์ด้วยหัวฉีดขนาด 0.1 มม. ถือว่าใช้งานได้ ในขณะเดียวกัน หัวฉีดขนาด 0.4 มม. ให้อัตราความสำเร็จที่สูงขึ้น (96%) อย่างไรก็ตาม ปริมาณวัสดุที่มากขึ้นต่อการพิมพ์แต่ละครั้ง หมายความว่าช่องขนาด 350 µm มีราคาแพงกว่าในการผลิต แม้ว่าจะมีอัตราความสำเร็จที่ดีกว่าก็ตาม มีค่าใช้จ่ายเพียง 0.50 เหรียญสหรัฐในการพิมพ์คลังขนาด 5,000 ชิ้นของโครงนั่งร้านขนาด 100 µm ที่ใช้งานได้

ในขณะที่เทคนิคการพิมพ์ 3 มิติอื่น ๆ สามารถบรรลุความละเอียดที่สูงขึ้น นักวิจัยตั้งข้อสังเกตว่าความสมดุลโดยรวมของความคุ้มค่า ความน่าเชื่อถือ และความเรียบง่ายคือสิ่งที่ทำให้การพิมพ์การอัดรีดวัสดุแตกต่างจากแพ็ค

“เทคนิคนี้ง่าย รวดเร็ว และราคาถูกมากจนสามารถประดิษฐ์อุปกรณ์โดยใช้เครื่องใช้ในบ้านหรือเพื่อการศึกษาในชีวิตประจำวันเท่านั้น” แฮร์รี่ เฟลตัน ผู้เขียนการศึกษา กล่าว ผู้ใช้สามารถผลิตอุปกรณ์ PDMS จากแม่พิมพ์ต้นแบบโดยใช้แหล่งความร้อนเท่านั้น นอกจากนี้ พื้นผิวที่เรียบของอุปกรณ์ที่ได้นั้นยังสามารถนำไปใช้กับพื้นผิวกระจกที่สะอาดใดๆ ได้โดยตรง เช่น หน้าจอโทรศัพท์มือถือ โดยไม่ต้องเปิดใช้งานพลาสม่าที่มีราคาแพง

ทีมจากมหาวิทยาลัยบริสตอล Harry Felton, Robert Hughes และ Andrea Diaz-Gaxiola ทีมงานกำลังมองหาการส่งเสริมเทคโนโลยีและศักยภาพในการวินิจฉัยด้วยแล็บบนชิปทั้งในห้องปฏิบัติการและในห้องเรียน

ในการทดลองล่าสุด นักวิจัยได้ผลิตคริสตัลโฟโตนิกที่รองรับสถานะขอบพร้อมกันด้วย OAM ที่ 100, 156 และ 276 ตามเข็มนาฬิกา ทวนเข็มนาฬิกา และตามเข็มนาฬิกาตามลำดับ แต่โดยหลักการแล้วพวกมันสามารถสร้างคาน OAM ที่มีตัวสะท้อนที่ซับซ้อนเพียงพอได้ อุปกรณ์นี้ถูกรวมเข้าด้วยกันอย่างสมบูรณ์โดยไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว – สนามแม่เหล็กมาจากการแกะสลักหลุมควอนตัมลงบนพื้นผิวแม่เหล็ก

“นี่เป็นครั้งแรกในประวัติศาสตร์ที่เลเซอร์ที่มีขนาดเท่าเส้นผมมนุษย์สามารถสร้าง OAM ได้มากกว่า 200… ตอนนี้เราสามารถทวีคูณ OAM ของประจุใดๆ ก็ได้โดยตรงในอุปกรณ์ที่เรียบง่ายและกะทัดรัด” Kanté กล่าว Liang Fengจากมหาวิทยาลัยเพนซิลเวเนียเชื่อว่างานนี้ถือเป็นก้าวสำคัญ: “แนวคิดพื้นฐานเกี่ยวกับการสร้างลำแสง OAM นั้นคล้ายคลึงกับสิ่งที่เราแสดงให้เห็นในปี 2016” เขากล่าว “ขั้นแรก คุณต้องมีการกระจายแสงแบบทิศทางเดียวในแพลตฟอร์ม จากนั้นคุณใช้เงื่อนไขการจับคู่เฟสที่เหมาะสมเพื่อนำทางแสงออกไป ในเลเซอร์วงแหวนของเรา เรามีโหมดท่อนำคลื่นที่จำกัด ดังนั้นเราจึงใช้ตะแกรงเพื่อช่วยจับคู่แสง ความสวยงามของสิ่งนี้คือ หากคุณมีตะแกรงเชิงมุมจารึกไว้บนช่องวงแหวน หมายเลขคำสั่งซื้อที่คุณสามารถสร้างได้จะมีจำกัดมาก แต่ในกรณีนี้ คำสั่งที่สร้างขึ้นอาจมีขนาดใหญ่มาก”

Credit : superactiveviagra.net superdryoutlet.org superturks.org tanecsopsom.com tenorminshoprx.net