La natura ispira costantemente le applicazioni ingegneristiche. Recentemente, un gruppo di ricercatori della Facoltà di Ingegneria dell'Università di Hong Kong (HKU) ha tratto nuova ispirazione dalla rete vascolare e ha sviluppato un nuovo tipo di sistema fluidico denominato VasFluidics.
Il sistema fluidico può modulare le composizioni dei fluidi attraverso reazioni spazialmente diverse tra i fluidi e le pareti dei canali, cosa che non è stata ancora realizzata nei sistemi fluidici tradizionali.
Questo lavoro è stato condotto dal gruppo di ricerca del Microfluidics and Soft Matter Team del Professor Anderson Ho Cheung Shum presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica della Facoltà di Ingegneria.
La loro scoperta è stata pubblicata su Nature Communications , intitolato "Sistema fluidico ispirato alla rete vascolare (VasFluidics) con pareti membranose spazialmente funzionalizzabili."
"Il brillante controllo sulla composizione del sangue nei vasi è notevole ed essenziale e ci ispira a pensare a come progettare nuovi sistemi fluidici", ha affermato Yafeng Yu, il primo autore del progetto di ricerca.
La rete vascolare del sangue, un sistema fluidico naturale, ha ispirato la ricerca. Guidati dalla rete vascolare, il team del professor Shum ha sviluppato VasFluidics, un sistema fluidico con pareti di membrana funzionalizzabili. Simili alle pareti dei vasi sanguigni, le pareti dei canali VasFluidic sono sottili, morbide e in grado di modificare la composizione dei liquidi tramite mezzi fisici o chimici.
Questo studio dimostra la potenza di VasFluidics nella lavorazione dei fluidi. Dopo che regioni di canali separate sono state depositate con soluzioni o rivestite con enzimi, alcune regioni dei canali VasFluidic consentono fisicamente a molecole specifiche di passare attraverso le pareti del canale, mentre alcune modificano chimicamente la composizione del liquido. I risultati ricordano i processi di assorbimento e metabolismo del glucosio nel corpo umano.
"VasFluidics è molto diverso dai tradizionali sistemi fluidici. Le pareti dei canali dei dispositivi tradizionali sono generalmente impermeabili e non possono funzionare come tessuti reali per "comunicare" con i fluidi all'interno o all'esterno del canale per la modulazione dei fluidi," ha spiegato Yafeng Yu.
La tecnica riportata combina la stampa 3D e l’autoassemblaggio di materiali morbidi. Il gruppo di ricerca stampa un liquido all'interno di un altro liquido immiscibile, assemblando membrane morbide sull'interfaccia liquido-liquido. Oltre alla ricerca relativa alla microfluidica, il gruppo del professor Shum si concentra anche sull'assemblaggio di materiali morbidi sull'interfaccia del liquido. Le basi teoriche e sperimentali dei materiali morbidi nella loro ricerca precedente aprono la strada alla fabbricazione di dispositivi VasFluidic.
"VasFluidics ha applicazioni promettenti, in particolare per la progettazione di strutture di microtubuli e bioinchiostri. Quindi ha un grande potenziale per essere combinato con l'ingegneria cellulare per sviluppare modelli di vasi sanguigni artificiali, che dovrebbero essere utilizzati in applicazioni biomediche, come organ-on-chip e organoidi," ha detto il Dott. Yi Pan, un collaboratore di questa ricerca, già Ph.D. studente del gruppo del Professor Shum e attualmente professore associato della Facoltà di Medicina della Southwest Jiaotong University.
Il dottor Wei Guo, un altro collaboratore di questa ricerca e professore assistente di ricerca nel gruppo del professor Shum, ha aggiunto:"Oltre ai meriti scientifici e alle potenziali applicazioni biomediche di questo lavoro, esso stimola anche la nostra immaginazione. Il tessuto vascolare del corpo umano, un sistema di trasporto efficiente, è stato perfezionato nel corso di milioni di anni di evoluzione.
"Dimostrando il potenziale dei sistemi sintetici come VasFluidics per ricostruire il tessuto vascolare, questa ricerca rappresenta un progresso sostanziale nei nostri sforzi per imitare e sfruttare le straordinarie capacità dei sistemi più precisi ed efficienti della natura."
Il team del professor Shum si è concentrato su tecniche microfluidiche all'avanguardia per spingersi oltre nel controllo preciso dei (bio)liquidi e nell'efficiente analisi dei campioni (bio)liquidi. Nonostante i progressi compiuti nelle applicazioni biomediche assistite dalla microfluidica, il team di ricerca ha rifiutato di limitarsi alle configurazioni tradizionali.
Esplorando e realizzando il potenziale della microfluidica per un'elaborazione e un'analisi più efficienti dei biofluidi, il team si rende conto che sono necessari nuovi paradigmi nella progettazione e nella fabbricazione di dispositivi fluidici.
"Il nostro obiettivo a lungo termine è utilizzare la microfluidica per sviluppare analisi ultrasensibili dei fluidi corporei umani, per assistere la medicina di precisione contro le malattie e a beneficio della salute umana", ha affermato il professor Shum.
Il professor Shum prevede che il sistema VasFluidics sarà il pioniere delle piattaforme biomimetiche con complessa manipolazione dei fluidi. "Le potenziali applicazioni biomediche sono illimitate. Gli esempi sono la modellazione in vitro della meccanica dei fluidi biologici, la sintesi di biomolecole, lo screening di farmaci e la modellazione di malattie in organi su chip", ha affermato.
Ulteriori informazioni: Yafeng Yu et al, Sistema fluidico ispirato alla rete vascolare (VasFluidics) con pareti membranose spazialmente funzionalizzabili, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-45781-3
Informazioni sul giornale: Comunicazioni sulla natura
Fornito dall'Università di Hong Kong
