Da più di un decennio, gli scienziati hanno pubblicizzato il potenziale della microfluidica per rivoluzionare il test e l'analisi di sostanze che vanno dall'acqua al DNA. Migliaia di articoli di riviste hanno documentato lo sviluppo da parte dei ricercatori di nuovi dispositivi microfluidici per i test diagnostici. Miniatura, sistemi di analisi autonomi, spesso indicato come labs-on-a-chip, hanno semplificato vari test, fornendo risultati quasi in tempo reale di analisi come il rilevamento di glucosio o agenti patogeni negli emoderivati. Qualsiasi campo che si basa sull'analisi e l'identificazione di elementi chimici e biologici, ad esempio, medicinale, protezione ambientale, e l'agricoltura, potrebbero trarre vantaggio dalla rapida, valutazioni in loco abilitate da un lab-on-a-chip. Ancora, questi dispositivi rimangono principalmente progetti trovati in università e laboratori di ricerca non prodotti disponibili in commercio.

Tradizionalmente, la fabbricazione di sistemi microfluidici ha richiesto ingegneri altamente qualificati che utilizzano camere bianche dotate di sofisticati, costosi strumenti di fotolitografia. A causa delle competenze specialistiche e delle strutture coinvolte nello sviluppo di dispositivi microfluidici, il settore commerciale ha considerato la microfluidica come un investimento impraticabile in ricerca e sviluppo in dispositivi la cui produzione non è scalabile alla produzione industriale. Però, i ricercatori del MIT Lincoln Laboratory hanno proposto un'alternativa che potrebbe aprire opportunità per la ricerca su, e infine fabbricazione di, microfluidica.

In un articolo pubblicato di recente su Tendenze nelle biotecnologie , David Walsh, David Kong, e Peter Carr del Bioengineering Systems and Technologies Group del MIT Lincoln Laboratory e Shashi Murthy della Northeastern University presentano un caso per la fabbricazione di piattaforme microfluidiche negli spazi di produzione, che sono tipicamente strutture pubbliche che forniscono strumenti, come stampanti 3D e laser cutter, per costruire una miriade di dispositivi.

"Puoi unirti a un makerspace per un canone mensile paragonabile a quello di un abbonamento a un centro benessere, "Walsh dice, osservando che solo nel campus del MIT sono in funzione 28 importanti spazi di produzione. "Confronta quella tariffa con il costo di un abbonamento mensile a una camera bianca, che può andare da migliaia a decine di migliaia di dollari."

Nel loro articolo, gli autori spiegano che le stampanti 3D, taglierine laser, e plotter (macchine che utilizzano coltelli a controllo digitale per ritagliare disegni) possono sfruttare materiali a basso costo come plastica, carta, e laminati. Da questi materiali, i dispositivi microfluidici funzionali possono essere fabbricati in pochi minuti ad una frazione del costo di quelli fabbricati litograficamente.

"Abbiamo una grande opportunità per espandere l'accesso a nuovi utenti della tecnologia microfluidica. Da dove mi siedo all'intersezione tra microfluidica e biologia sintetica, Spero che il nostro articolo venga sequestrato dai biolab della comunità che altrimenti non inizierebbero mai con la microfluidica, " dice Carr.

I ricercatori hanno utilizzato il makerspace del Lincoln Laboratory, il Laboratorio di Innovazione dell'Ufficio Tecnologico, o FATICA, alla stampa 3D o al taglio laser di diverse varianti di dispositivi lab-on-a-chip. I loro dispositivi sono orientati alle applicazioni biomediche, ma Walsh afferma che i dispositivi potrebbero essere personalizzati per molti tipi di analisi. Indicando un dispositivo che assomiglia a un disco CD stampato con un motivo di linee sottili (ad es. canali per i fluidi), Walsh spiega che un fluido, diciamo un campione biologico, viene iniettato attraverso una porta nel disco. Il disco viene quindi filato in uno spinner economico come la "scatola" stampata in 3D alta 15 cm sulla sua scrivania, e la forza centrifuga "spinge" la proteina attraverso la serie di canali del dispositivo che contengono i reagenti. La reazione risultante, forse un cambiamento di colore o una fluorescenza, indica la presenza e la concentrazione del biomarcatore bersaglio per il quale lo sperimentatore sta testando.

"Questo processo richiede secondi, "dice Walsh, evidenziando uno dei vantaggi che la microfluidica potrebbe apportare alla diagnostica point-of-care. La velocità della prova, insieme alle ridotte dimensioni del dispositivo, ha suscitato l'interesse della comunità medica nell'utilizzo di dispositivi lab-on-a-chip per il monitoraggio personalizzato della salute, come controllare il colesterolo, o per la diagnostica in ospedali da campo o cliniche in regioni svantaggiate che non hanno accesso immediato alle strutture di laboratorio. Però, gli elevati costi associati alla ricerca e allo sviluppo di dispositivi microfluidici hanno impedito l'adozione della microfluidica per un'ampia gamma di saggi biomedici.

Le opzioni di fabbricazione Makerspace offrono i vantaggi non solo di un basso costo, ma anche di cicli di sviluppo-test rapidi. Nel loro articolo, gli autori illustrano un approccio di prototipazione rapida alla creazione di dispositivi microfluidici:progettare parti con software assistito da computer, tagliare le parti con una taglierina laser o plotter, e assemblare l'unità laminando le parti. I sistemi di stampa tridimensionale consentono un altro metodo rapido per la fabbricazione di sistemi microfluidici, e le nuove tecniche di stampa 3D stanno rendendo più possibile la produzione di microfluidica con elevata chiarezza ottica e perdite minime.

Un altro vantaggio di lavorare nei makerspace è che la community di makerspace vanta membri con diverse competenze. La fabbricazione di prototipi in uno spazio del genere annulla il costo per gli sviluppatori di assumere personale formato nelle specialità richieste per la produzione di nuovi dispositivi, Per esempio, Progettisti CAD o tecnici che hanno familiarità con gli strumenti di stampa e taglio. "Non hai bisogno di esperti in microfluidica per realizzare il dispositivo; hai solo bisogno di qualcuno che possa usare gli strumenti del makerspace, "dice Walsh.

Gli autori prevedono anche opportunità per i makerspace per migliorare l'istruzione in microfluidica per studenti di tutti i livelli. "Siamo entusiasti dell'aspetto educativo, "Dice Walsh. "Durante le visite guidate degli studenti al Lincoln Laboratory, abbiamo avuto bambini che si sono cimentati con la stampa 3D nel TOIL. Gli studenti che ricevono una formazione in microfluidica nei makerspace potrebbero sviluppare un interesse a proseguire la ricerca nel campo più avanti nella loro carriera accademica".

David Scott, chi gestisce la TOIL, concorda:"Avendo ospitato un gran numero di programmi di sensibilizzazione nel TOIL, Ho avuto il piacere di formare gli studenti a progettare, produrre, e assemblare un'ampia varietà di progetti con strumenti e attrezzature convenzionali del makerspace. Creando un ambiente di formazione sulla microfluidica in un makerspace, gli studenti avrebbero il pieno controllo dei loro progetti mentre sviluppavano un interesse per la microfluidica attraverso il design, sperimentazione, e test".

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.