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Investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) han desarrollado un dispositivo de microfluidos autocalentable impreso en 3D, que ofrece aplicaciones potenciales en una herramienta rentable de detección de enfermedades.
El equipo de investigación del MIT aplica la impresión 3D multimaterial Este es un método rentable. para crear un dispositivo de microfluidos autocalentable en un solo paso de fabricación. Esta técnica permite la personalización. Esto permite a los ingenieros diseñar dispositivos de microfluidos con un perfil de temperatura o calentamiento específico en un área determinada. El proceso de fabricación de bajo costo requiere aproximadamente 2 dólares en material y tiene potencial para su uso en áreas remotas de países en desarrollo. donde el acceso a costosos equipos de laboratorio es limitado
“Especialmente salas limpias donde normalmente se construyen estos dispositivos. Muy caro de construir y usar. Pero podemos crear dispositivos de microfluidos autocalentables muy capaces mediante la fabricación aditiva. Y se puede hacer mucho más rápido y más barato que estos métodos tradicionales. Esta es una manera de democratizar verdaderamente esta tecnología.” Luis Fernando Velásquez-García dijo el científico principal de los Laboratorios de Tecnología de Microsistemas (MTL) del MIT y autor principal del artículo que describe la técnica de fabricación.
Dispositivo de microfluidos autocalentable
Los investigadores utilizan la impresión 3D por extrusión de múltiples materiales Combinando polímeros biodegradables (Ácido poliláctico o PLA) y una versión modificada con nanopartículas de cobre. Cuando se convierte en una resistencia, este PLA modificado se vuelve eléctricamente conductor. Permite disipar la electricidad en calor. El resultado es un dispositivo de microfluidos que se autocalienta en un solo paso en una impresora 3D.
“Es sorprendente si lo piensas, porque el material PLA es un dieléctrico. Pero cuando agregas nanopartículas, Cambiará completamente las propiedades físicas. Esto es algo que todavía no entendemos del todo. Pero sucede y se puede repetir”, añadió Velásquez-García.
Para abordar los desafíos relacionados con la transferencia de calor y las fugas de fluidos. Los investigadores agregaron una capa delgada y continua de PLA entre la resistencia y el canal de microfluidos. El resultado es un dispositivo del tamaño aproximado de una cuarta parte de Estados Unidos, con canales de 500 mm de ancho y 400 mm de alto, que permiten que los fluidos y las reacciones químicas fluyan fácilmente. Además, el equipo utilizó un proceso de fabricación de un solo paso para crear un prototipo. que se puede mecanizar. El fluido se puede calentar a 4°C mientras fluye entre la entrada y la salida. Esta técnica personalizable abre la posibilidad de crear dispositivos que calienten líquidos en patrones específicos o según gradientes definidos. Esto demuestra la adaptabilidad de la tecnología en una variedad de aplicaciones.
Incluso si el prototipo tiene éxito Pero existen limitaciones, como la temperatura máxima del PLA de alrededor de 50°C, lo que dificulta las aplicaciones que requieren temperaturas más altas. El equipo pretende integrar un tercer material para la detección de temperatura. y explorar el uso de imanes impresos para clasificar o alinear partículas. Aunque la simplicidad del sistema de microfluidos impreso en 3D propuesto ha llamado la atención, Pero aún se necesita más investigación para abordar las limitaciones existentes. y mejorar las capacidades de esta tecnología para su uso práctico.
La investigación médica sobre impresión 3D del MIT ha sido noticia antes. En marzo del año pasado, investigadores del MIT desarrollaron una forma de imprimir en 3D réplicas de los corazones de los pacientes para imitar sus capacidades únicas de bombeo de sangre. El equipo convirtió imágenes médicas en modelos informáticos 3D utilizando tinta polimérica para imprimir estructuras precisas y flexibles del corazón de un paciente.
Una funda impresa en 3D alrededor del corazón y la aorta simula el bombeo. Esto permite a los investigadores ajustar el flujo de aire para un bombeo rítmico. El método aprovecha exploraciones de 15 pacientes con estenosis aórtica y convierte las exploraciones médicas en modelos informáticos en 3D, lo que demuestra el potencial de crear modelos cardíacos personalizados para evaluar el tratamiento.
La microfluídica mejora el punto de atención
La integración de microfluidos impresos en 3D en entornos de puntos de atención tiene el potencial de transformar el diagnóstico. Con la creación rápida de prototipos y una fabricación de bajo costo, la impresión 3D permite dispositivos personalizados para necesidades de diagnóstico específicas. A medida que avanza la impresión 3D Por lo tanto, es probable que mejore el diagnóstico accesible en el lugar de atención.
En el pasado, investigadores de la Universidad de Bristol introdujeron un método de impresión 3D de código abierto y económico para crear dispositivos de microfluidos. Especialmente usando Polidimetilsiloxano (PDMS) Utilizando equipos estándar domésticos e impresoras 3D de escritorio Reduce costos y aumenta el acceso a la investigación en microfluidos. Este enfoque tiene el potencial de convertirse en una tecnología de diagnóstico económica en el lugar de atención. Esto afecta a campos como el lab-on-chips. Biología Celular y cristalización de proteínas
En otros lugares, investigadores del Instituto de Tecnología Stevens están utilizando modelos computacionales para desarrollar bioimpresión 3D basada en microfluidos. El objetivo es crear todos los órganos humanos. Su enfoque de microfluidos difiere de las bioimpresoras basadas en extrusión. Maneja líquidos con precisión a través de pequeños canales. Esto permite estructuras tan pequeñas como diez micras.
En este caso, la precisión a nivel celular es esencial para replicar con precisión las características biológicas. El equipo considera que los microfluidos son un factor clave para superar las limitaciones tecnológicas actuales de la bioimpresión 3D. Esto podría revolucionar el trasplante de órganos al crear tejidos complejos. o incluso directamente sobre la piel de la herida
qué El futuro de la impresión 3D En los próximos diez años, ¿qué nos deparará?
qué desafíos de ingeniería ¿Será necesario abordar esto en el sector de la fabricación aditiva en la próxima década?
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La imagen destacada muestra que los investigadores del MIT han desarrollado un proceso de fabricación para producir dispositivos de microfluidos autocalentables en un solo paso utilizando una impresora 3D hecha de múltiples materiales. La imagen es un ejemplo de un dispositivo. Foto del Instituto de Tecnología de Massachusetts.
