I ricercatori hanno fabbricato un microfiltro rotante azionato magneticamente che può essere utilizzato per filtrare le particelle all'interno di un dispositivo microfluidico. Hanno realizzato il minuscolo filtro rotante creando un materiale magnetico che potrebbe essere utilizzato con una tecnica di stampa 3D molto precisa nota come polimerizzazione a due fotoni.

Dispositivi microfluidici, noti anche come dispositivi lab-on-a-chip, può essere utilizzato per svolgere più funzioni di laboratorio all'interno di un chip che solitamente misura pochi centimetri quadrati o meno. Questi dispositivi contengono reti intricate di canali microfluidici e stanno diventando sempre più complessi. Possono essere utili per una varietà di applicazioni come lo screening di molecole per il potenziale terapeutico o l'esecuzione di esami del sangue che rilevano la malattia.

"Cambiando la direzione del campo magnetico esterno, il microfiltro che abbiamo realizzato può essere manipolato a distanza su richiesta per filtrare particelle di determinate dimensioni o per farle passare tutte, " ha detto Dong Wu, un membro del gruppo di ricerca dell'Università della Scienza e della Tecnologia della Cina. "Questa funzionalità potrebbe essere utilizzata per molti tipi di studi chimici e biologici eseguiti in dispositivi lab-on-a-chip, e soprattutto, rende possibile il riutilizzo dei chip."

Nella rivista The Optical Society (OSA) Lettere di ottica , Wu, insieme ai colleghi della Hefei University of Technology e del RIKEN Center for Advanced Photonics in Giappone, mostrano che i loro nuovi filtri a microfiltro rotativo possono smistare le particelle in un dispositivo microfluidico ad alte prestazioni.

"Questo filtro potrebbe eventualmente essere utilizzato per ordinare cellule di dimensioni diverse per applicazioni come l'isolamento di cellule tumorali circolanti per l'analisi o il rilevamento di cellule anormalmente grandi che potrebbero indicare una malattia, ", ha affermato Chaowei Wang dell'Università della Scienza e della Tecnologia della Cina. "Con un ulteriore sviluppo potrebbe persino essere possibile utilizzarlo in dispositivi posizionati all'interno del corpo per il rilevamento del cancro".

Un filtro più versatile

I filtri con fori di dimensioni micrometriche sono spesso utilizzati nei chip microfluidici come modo passivo per ordinare particelle o celle in base alle dimensioni dei fori. Però, poiché il numero e la forma dei fori nel filtro non possono essere modificati dinamicamente, i dispositivi disponibili mancano della flessibilità per ordinare diversi tipi di particelle o celle su richiesta. Per espandere l'utilità dei dispositivi microfluidici, i ricercatori hanno sviluppato un filtro che può passare liberamente da una modalità all'altra come il filtraggio selettivo e il passaggio.

Hanno creato il nuovo filtro usando la polimerizzazione a due fotoni, che utilizza un raggio laser a femtosecondi focalizzato per solidificare, o polimerizzare, un materiale liquido sensibile alla luce noto come fotoresist. Grazie all'assorbimento di due fotoni, la polimerizzazione può avvenire in maniera molto precisa, consentendo la fabbricazione di strutture complesse su scala micron.

Per realizzare il microfiltro, i ricercatori hanno sintetizzato nanoparticelle magnetiche e le hanno mescolate con il fotoresist. La fabbricazione del microfiltro rotante ha richiesto loro di ottimizzare la densità di potenza del laser, numero di impulsi e intervalli di scansione utilizzati per la polimerizzazione. Dopo aver testato le sue proprietà magnetiche su un vetrino, hanno integrato il microfiltro in un dispositivo microfluidico.

Molteplici modalità di filtraggio

Per filtrare le particelle più grandi, viene applicato un campo magnetico perpendicolare al microcanale. Al termine del processo di filtraggio, le particelle grandi possono essere rilasciate applicando un campo magnetico parallelo al microcanale, che ruoterà il microfiltro di 90°. Il processo di filtraggio può quindi essere ripetuto secondo necessità.

I ricercatori hanno verificato le prestazioni di filtraggio del filtro utilizzando particelle di polistirene con diametri di 8,0 e 2,5 micron che sono state miscelate in una soluzione alcolica. "Era chiaro che le particelle più piccole della dimensione dei pori passavano facilmente attraverso il microfiltro mentre quelle più grandi venivano filtrate, ", ha affermato Chenchu ​​Zhang dell'Università della Scienza e della Tecnologia della Cina. "Quando si è in modalità di passaggio, eventuali particelle più grandi catturate dal filtro sono state lavate via con il fluido, che impedisce l'intasamento del filtro e consente il riutilizzo del microfiltro."