Un team di ricercatori dell’Università di Tohoku e dell’Okinawa Institute of Science and Technology (OIST) ha ottenuto progressi significativi nel campo della microfluidica, consentendo una manipolazione precisa ed efficiente dei fluidi in ambienti tridimensionali su microscala. Questo lavoro apre nuove possibilità per le applicazioni bioanalitiche, come le separazioni cellulari nel campo della diagnostica medica.
I dettagli della loro svolta sono stati pubblicati sulla rivista Microsystems &Nanoengineering il 22 gennaio 2024.
I dispositivi microfluidici sono progettati per gestire minuscoli volumi di fluidi, consentendo ai ricercatori di eseguire analisi e processi con notevole precisione ed efficienza.
Negli ultimi anni, la tecnologia microfluidica ha fatto rapidi progressi in vari campi, tra cui la medicina, la biologia e la chimica. Tra questi, i dispositivi microfluidici a spirale tridimensionale si distinguono come elementi rivoluzionari. Il loro intricato design a cavatappi consente un controllo preciso del fluido, un'efficiente separazione delle particelle e la miscelazione dei reagenti. Tuttavia, il loro potenziale di rivoluzionare le applicazioni bioanalitiche è ostacolato dalle attuali sfide nella fabbricazione. Il processo è lungo e costoso e le tecniche di produzione esistenti limitano le opzioni dei materiali e le configurazioni strutturali.
Per superare queste limitazioni, un team interdisciplinare dell'Università di Tohoku e dell'OIST ha introdotto un processo miniaturizzato di trafilatura termica rotazionale (mini-rTDP), traendo ispirazione dalle tradizionali tecniche giapponesi di produzione delle caramelle, la fabbricazione del Kintaro-ame.
Il loro approccio innovativo prevede la rotazione dei materiali durante lo stiramento termico per creare complesse strutture tridimensionali all’interno delle fibre. Questo processo è altamente versatile e accoglie un'ampia gamma di materiali che possono deformarsi se riscaldati, aprendo infinite possibilità di combinazione di materiali diversi.
"Il mini-rTDP facilita la prototipazione rapida di sistemi microfluidici tridimensionali, ideali per una manipolazione precisa dei biofluidi", afferma Yuanyuan Guo, professore associato presso il Frontier Research Institute for Interdisciplinary Sciences (FRIS) dell'Università di Tohoku.
"Il Mini-rTDP prevede la creazione di una preforma polimerica stampata contenente canali, che vengono successivamente allungati e riscaldati per generare canali microfluidici all'interno di una fibra. Questi canali possono quindi essere ulteriormente ruotati per formare configurazioni a spirale tridimensionali", spiega Shunsuke Kato, un ricercatore junior presso FRIS e il primo autore dell'articolo.
In collaborazione con Amy Shen, leader dell’Unità Micro/Bio/Nanofluidica dell’OIST, il team interdisciplinare Tohoku-OIST ha condotto sia simulazioni che esperimenti per visualizzare i flussi di fluidi all’interno delle strutture a spirale. Daniel Carlson del team di Shen afferma:"Abbiamo confermato la presenza di vortici di Dean, un tipo di flusso rotatorio che si verifica in canali curvi, nei nostri dispositivi, affermando così il loro potenziale per migliorare significativamente l'efficienza di separazione di cellule e particelle."
"La prototipazione rapida della microfluidica a spirale tridimensionale utilizzando mini-rTDP rappresenta un notevole progresso nel campo della microfluidica. Questa tecnologia offre versatilità, precisione e il potenziale senza precedenti per catalizzare cambiamenti trasformativi in vari settori", afferma Shen.
"Inoltre, stiamo perseguendo attivamente l'integrazione dei canali microfluidici con funzionalità quali elettrodi, biosensori e attuatori direttamente nelle fibre. Questo sforzo ha il potenziale per rivoluzionare le tecnologie bioanalitiche Lab-on-Chip", ha affermato Guo.
Questa ricerca testimonia gli sforzi di collaborazione del programma OIST SHIKA e i fondi integrativi forniti dall'Università di Tohoku, evidenziando la forte partnership e sinergia tra queste due istituzioni.
Ulteriori informazioni: Shunsuke Kato et al, Microfluidica a fibre intrecciate:un approccio all'avanguardia ai dispositivi a spirale 3D, Microsistemi e nanoingegneria (2024). DOI:10.1038/s41378-023-00642-9
Informazioni sul giornale: Microsistemi e nanoingegneria
Fornito dall'Università di Tohoku
