No campo do diagnóstico de doenças e da pesquisa biomédica, a análise unicelular é uma ferramenta fundamental para analisar a heterogeneidade celular. Os métodos tradicionais de análise unicelular, como o microscópio óptico ou a citografia de fluxo, muitas vezes são difíceis de atender às necessidades de pesquisa de alto fluxo e alta sensibilidade devido a limitações operacionais complexas, caras ou invasivas. A tecnologia de impedância e espectroscopia dielétrica (IDS), como um método não invasivo, monitorável em tempo real e com alto potencial de fluxo, tornou-se um caminho técnico importante para a análise de células únicas. O princípio é que, quando uma célula ou partícula passa pelo campo elétrico gerado pelo eletrodo no microcanal, ela perturba o campo elétrico e produz sinais elétricos que correspondem às suas próprias propriedades elétricas e posições espaciais. No entanto, em campos elétricos não uniformes, o deslocamento das partículas na direção vertical pode afetar significativamente a simetria da distribuição do campo elétrico, resultando em distorções de amplitude do sinal, reduzindo a precisão e a repetibilidade da detecção.

Para resolver esse problema, a partir deUma equipe conjunta de pesquisadores da Universidade de Manchester e da Universidade de Melbourne projetou um chip de microfluido impresso em 3D com uma estrutura de bocal integrada que permite um foco dinâmico de fluidos tridimensional ajustável através de fluxos de caixa de dois níveis.Este estudo é“Foco de fluxo de precisão em microcanais impressos em 3D para espectroscopia de impedância aprimorada”Publicado em periódicos internacionaisSensores e atuadores B: químicosPara cima.

O núcleo deste inovador chip de microfluido está na sua estrutura única de bocal, que eleva ativamente o fluxo de amostra acima da parte inferior do microcanal, evitando eficazmente interações não específicas entre as partículas e a parede do canal. Combinado com a restrição do fluxo da casca de cima para baixo e o efeito de foco do segmento de contração a jusante, o sistema permite o posicionamento preciso tridimensional das partículas ao passar pela área de sensor.As principais tecnologias de fabricação para implementar essa estrutura tridimensional complexa são a tecnologia de microlitografia estereográfica de projeção facial (PμSL) e a tecnologia de impressão 3D fotocurada de precisão composta.Equipe de pesquisa adotaMicroArch de precisão ® O sistema de impressão 3D D1025 (precisão: 10 e 25 μm), com resina HTL como material, moldou com sucesso um único chip de microfluido integrado em múltiplas escalas que contém um boço de raio de 120 μm, um canal principal de 800 μm de largura e um segmento de contração de 100 μm de largura.

Como mostrado na Figura 1, ajustando a relação de fluxo Q2/Qt, as partículas podem ser empurradas com precisão para perto do eletrodo sem depender de canais rasos ou configurações de eletrodos complexas. Essa sintonização permite que o sistema se adapte a diferentes cenários de aplicação, desde análises celulares até testes químicos, mostrando excelente adaptabilidade.

Além disso, a Figura 2 detalha o mecanismo do foco tridimensional do fluido. O sistema adota uma estratégia de foco em três fases: primeiro, o fluxo F1 da caixa combinado com o boço para alcançar o foco lateral e parcialmente vertical; Em segundo lugar, o fluxo de caixa superior F2 reforça a restrição vertical; Finalmente, o segmento de contração downstream consolida o efeito de foco global. Esta configuração garante que as partículas estejam sempre perto do eletrodo de superfície comum quando passam pela área de sensor, otimizando assim a captação do sinal.

Através de experimentos de imagem fluorescente e espectroscopia de impedância, a equipe verificou a eficiência de foco. A Figura 3 mostra os resultados da simulação, revelando o impacto da estrutura de microcanal na dinâmica dos fluidos. Quando a relação de fluxo Q1/Qs varia de 0,99 para 100, a largura de foco pode ser ajustada entre 0,07 e 0,65 vezes a largura do canal, refletindo um alto nível de ajustabilidade. Ao mesmo tempo, o foco vertical foi quantificado pelo microscópio confocal, mostrando que a distância das partículas do eletrodo pode cair abaixo de 10 μm quando Q2 / Qt = 0,9, melhorando significativamente a qualidade do sinal.

A parte experimental usou microesferas fluorescentes como sistema de modelo para alcançar o posicionamento das partículas através da regulação da proporção do fluxo da casca, com o fluxo total fixo em 100 μL / min. Os resultados da imagem fluorescente na Figura 4 apresentam intuitivamente os efeitos do foco lateral e vertical. À medida que o Q2/Qt aumenta, o fluxo de partículas diminui gradualmente na altura e aumenta ligeiramente na largura, mas a área de contração compensa efetivamente essa difusão, garantindo que as partículas permaneçam firmemente agrupadas dentro da área de detecção. Este design permite uma faixa dinâmica de tamanhos de fluxo focal de 71 x 70,5 a 121 x 10,95 μm em um canal de 300 μm, adequado para uma variedade de tamanhos de partículas.

Na caracterização elétrica, a amplitude do sinal de impedância varia com a posição vertical da partícula e a simulação é altamente compatível com os dados experimentais. A Figura 5 mostra as configurações e os resultados da medição, quando Q2/Qt = 0,9, a relação de sinal-ruído atingiu um pico de 17,38 dB e a variabilidade do sinal foi baixa. As análises estatísticas mostraram diferenças significativas entre todas as condições de tráfego, destacando a importância de otimizar o foco vertical. Esta descoberta fornece uma base confiável para a citologia de impedância que permite uma detecção de alta precisão sem depender de pós-tratamento complexo.

Neste estudo, a capacidade de fabricação multi-precisão de precisão da MCF permitiu que estruturas complexas de bocal e áreas de contração fossem moldadas de uma só vez, evitando as etapas complexas de alinhamento e ligação necessárias para as técnicas de fotografia multi-camada tradicionais, simplificando não apenas o processo de fabricação, mas também melhorando a integridade e a integração funcional do dispositivo, fornecendo flexibilidade geométrica e capacidade de validação rápida de protótipos para o projeto de chips de microfluido.

O microArch de dupla precisão de alta tecnologia®Equipamentos da série Dual (D0210, D1025), a inovação realizou a mesma camada (direção do eixo XY) e diferentes camadas (direção do eixo Z) para obter impressão de comutação de precisão diferente, e ainda mantém a capacidade de controle de alta precisão e tolerância ultra-alta, equipado com um novo sistema de regulamento horizontal automático para tornar a impressão 3D industrial mais inteligente, mais estável e mais eficiente. Em termos de escala de impressão, a série alcança capacidade de processamento de precisão em escala transversal de 2μm a 100mm x 100mm x 50mm, quebrando os limites de sinergia da fabricação tradicional em tamanho e precisão. Na área de protótipos rápidos, essa capacidade é para biomédico, eletrônica de precisão,O 5GPesquisa e desenvolvimento inovadores em setores de alta tecnologia como comunicações e semicondutores oferecem soluções totalmente novas que combinam alta velocidade de resposta, iteração flexível e redução significativa de custos.

À medida que a medicina de precisão avança para uma nova fase de diagnóstico personalizado, a MOF Precision continua a aumentar os investimentos em pesquisa e desenvolvimento para impulsionar a evolução da tecnologia de impressão 3D micronanométrica para um nível mais alto. No futuro, a MOF Precision desempenhará um papel fundamental em áreas de ponta mais amplas, oferecendo soluções de fabricação de precisão que combinam alta precisão e altas capacidades de personalização, desde dispositivos médicos personalizados até sensores personalizados, desde componentes ópticos microscópicos até sistemas de microfluidos, fornecendo apoio essencial à exploração científica e à atualização da indústria.