マイクロ流体における3Dプリントの無限の可能性

出典: 3Dプリンティングビジネス情報

最近、ヨーロッパの研究者 Gregor Weisgrab、Aleksandr Ovsianikov、Pedro F. Costa が共同執筆した論文「マイクロ流体チップの機能的 3D 印刷」では、3D プリントされたマイクロ流体の応用が詳細に説明されました。『Advanced Science』誌に掲載されたこの論文は、3Dプリントセンサー、アクチュエーター、マイクロ流体デバイスのその他の貴重な要素の最近の進歩を追ったもので、この分野においてレプリカ成形などの従来の製造方法からの転換につながっています。

マイクロ流体技術は、生化学アプリケーションを実験室環境からポータブル形式に縮小できるため、非常に便利です。研究者らは、3D プリントによって、従来の方法で作られたものよりもはるかに優れた新世代のマイクロ流体デバイスを作成できると主張しています。「マイクロ流体の分野で 3D プリントが広く採用されれば、人間の介入を最小限に抑えながら洗練された方法で環境を感知し、それに応じて動作できる、スマートで応答性に優れた自律型新世代デバイスを作成できる可能性が高くなります。」

空気圧制御バルブを直列に接続してポンプを形成します。 3D プリントされたマイクロ流体チップ、センサー、パイプ、バルブ<br /> マイクロ流体工学は、マイクロ流体研究室における小さな流体の流れの正確なルーティングと操作を伴い、マイクロ流体チップに依存しています。マイクロ流体チップは特定の用途に使用されることが多く、迅速な評価と試薬およびサンプルの消費量の削減を実現するように設計された複雑なデバイスです。サイズが小さいため、研究室環境とポイントオブケア (POC) 環境の両方で魅力的な選択肢となります。

この論文では、過去数年間にわたって 3D プリンティングがマイクロ流体チップの製造に使用されてきたと指摘しています。この技術が広く採用されている理由の 1 つは、3D プリンティングによってマイクロ流体チップの構想から実現までの所要時間が短縮されるからです。マイクロ流体チップの作成に使用される一般的な 3D 印刷技術には、SLA、FDM、マルチジェットモデリング (MJM) などがあります。

しかし、研究者らは、アクチュエータやセンサーなどの機能的な操作を行うチップを作成する際に、従来の製造方法に対する 3D 印刷の利点が明らかになると主張しています。「コンポーネントの直接印刷は、モジュール式バルブやポンプをデジタル図面で再利用できるため、コンポーネント設計に前例のない利点をもたらします。同時に、3D 印刷はさまざまな設計の迅速なテスト、適応、迅速なプロトタイピングを可能にするため、デバイス開発プロセスを加速します。」

「マイクロ流体工学の分野における3Dプリント技術は無視できない」

この研究では、マイクロ流体デバイス内で 3D プリントされたさまざまなアクチュエータとセンサーについて詳しく説明しています。例えば、著者らは、バルブは従来単一の材料のみを使用して製造されていたが、今回はマルチマテリアル 3D プリントを使用して製造されたと述べている。柔軟な材料と硬い材料を組み合わせて製造することにより、バルブのチャネル幅、膜の厚さ、膜材料の剛性が変わります。一方、3D プリントされたポンプの設計は、シリンジポンプと同様の流体の流れを提供し、ハードウェアの必要性を排除し、マイクロ流体のアクセシビリティを向上させるのに役立ちます。

センサーに関しては、論文の著者らは、3Dプリントされたのはほんのわずかだと説明している。マイクロ流体のセンサーは、液体の流れが環境の変化を検出し、外部および内部の刺激に反応するのに役立ちます。研究者らが挙げる一例は、感覚情報を取得するための細胞のバイオプリンティングである。 FDM 3D プリンターを使用して水質監視装置を作成した方法について説明します。デバイスを印刷する際、アノード、カソード、プロトン交換膜を手動で挿入し、アノード上で電気化学的に活性なバクテリアを増殖させることでデバイスが信号を生成できるようにします。

最後に、研究者らは、マイクロ流体工学の分野における 3D 印刷の無限の応用について言及しました。「マイクロ流体工学の分野における 3D 印刷技術の現在および将来の影響は無視できません。3D 印刷の固有の特性により、マイクロ流体デバイスの開発は、アーキテクチャ、サイズ、製造されるデバイスの数などの要素に関係して、無限になっています。」

「これらすべては現在、3D プリントとその高度に自動化された製造プロセスによって可能になっており、無制限の再現性とカスタマイズ性も実現しています。」

手動制御バルブ。
3D プリントのその他のマイクロ流体アプリケーション<br /> 論文で詳述されているように、3D プリンティングはさまざまなマイクロ流体アプリケーションに実装されており、過去数年間で大きな進歩を遂げています。 2019 年 8 月初旬、シンガポール工科デザイン大学 (SUTD) のソフト流体研究所は、流体処理と機能コンポーネントを統合したマイクロ流体デバイスを 3D プリントする簡単な方法を開発しました。

2018 年 3 月、ニューヨークゲノムセンター (NYGC) とニューヨーク大学 (NYU) の研究者らは、オープンソースのベッドサイド 3D プリント液滴マイクロ流体制御機器を開発しました。この装置は、関節リウマチ（RA）などの疾患を治療するために適切な細胞を特定し、標的とする安価で便利な方法を提供します。

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