ポリジェット3Dプリント技術は、異なるサイズの単一細胞を分類できるマイクロ流体デバイスの開発に役立ちます。

3D プリンティングは、サブミリメートルレベルの小さなチャネル内の流体の流れを処理および制御する技術であるマイクロ流体工学でよく使用されます。研究者たちは細胞分析を支援するために多くのマイクロ流体デバイスを開発しており、医療分野に恩恵をもたらしています。 Antarctic Bearによると、最近、サスカチュワン大学のAnnal Arumugam Arthanari Arumugam氏が、「スライディング原理に基づく異なるサイズの細胞を分類するための潜在的用途を持つマイクロ流体デバイス」と題する卒業論文を発表し、スライディング原理と呼ばれる新しいマイクロ流体デバイスの設計概念に焦点を当てたという。

アルムガム氏は論文の中で、ほとんどのマイクロ流体デバイスは単一細胞を捕獲、分離、位置特定、分類できるものの、そのほとんどは同じサイズの細胞にしか使用できないと述べた。調整可能なマイクロ流体デバイスは、20 ～ 30 μm の小さな単一細胞を捕捉して分類するために使用できますが、多くのアプリケーションでは 2 μm ～ 100 μm またはそれ以上のサイズが必要です。

Experimental device for testing channel spacing The paper statement states that "This paper first analyzes the different working principles of devices used to capture and sort single cells in an attempt to find a solution to the problem. As a result, this paper proposes a new principle for sorting single cells with a size range of 2 μm to 100 μm, which is called the 'sliding principle'. In order to verify the effectiveness of this principle, the researchers designed a device containing micro-capturers or micro-wells based on this principle. The design and manufacture of the device used soft lithography technology, and the mold was manufactured using 3D printing technology. The researchers conducted experiments using a microscope (resolution: 1-3μm) and a mobile platform (resolution: 1μm), demonstrating that the device can adapt to the size of the micro-well capturer, ranging from 0-1000μm and can fully cover the required micro-well size range (for example: 2-100μm). According to the current literature on mechanical methods for capturing and sorting single cells of different sizes with a device, the device built based on the sliding principle is expected to be suitable for capturing and sorting single cells of different sizes."

デバイスの全体的な機能要件 (FR) は、2 μm から 100 μm までのさまざまなサイズの細胞を 2 ～ 5 μm の解像度でキャプチャできることです。サブ機能要件には次のものが含まれます。
* スライドするにつれてキャプチャーのサイズが変わるようにスライドペアを形成する
* スワイプキャプチャを実行する機能
* 細胞液をトラップに通す

調整可能なトラップのスライド原理 (a) トラップは 4 つのスライド面を持つ正方形です。 (b) 1 つの面をスライドしてトラップのサイズを変更します。細胞と接触するマイクロ流体デバイスは生体適合性材料で作られている必要があり、細胞の最大応力は 4.5 Pa 未満、スライド調整範囲は 1000 μm 未満である必要があります。アルムガム氏はスライディングキャッチャーの設計オプションを 2 つ検討しましたが、最初のオプションは、2 つのブロックの接触面が十分に滑らかではなく、ブロック同士がスムーズにスライドできず、漏れの危険があったため、失敗しました。そこで彼は、代わりに 2 番目の設計オプションに焦点を当てました。

アルムガム氏は次のように説明しています。「この設計は 2 つの層 (上部と下部) で構成され、各層には複数のマイクロウェルがあります (ただし、この論文では 1 つのマイクロウェルのみが設計されていますが、一般性は失われていません)。マイクロウェルは正方形です。具体的には、上部の層の正方形は突起のある凸型で、下部の層の正方形は凹型です。2 つの層を組み立てると (上部の層が下部の層の上に重なる)、システムが形成されます...」

上部ブロックの駆動装置ガイドレール、ブラケット、上部ブロック、下部ブロック、および PDMS (ポリジメチルシロキサン) 製の埋め込み層が駆動装置を構成し、約 3 um の移動分解能を持つ単軸ステージが 835 の硬質不透明白色材料で作られ、上部ブロックの駆動に役立ちます。 Arumugam 氏は、Polyjet 3D 印刷技術を使用して PDMS 部品の金型を作成しました。

設計をテストする際、デバイスが「幾何学的および位相的なデバイス設計仕様」を満たしているかどうかを確認するために測定され、研究者らは「微細孔の変化を調べる」ためにスライド操作も測定した。

PDMS 層の測定値は良好で、スライディングコンセプトが機能していることを示しています。PDMS 層の側面にわずかな侵食があり、チャネル間隔の精度が低下しました。この損傷は、硬化プロセス中に粘着性のある PDMS が金型からきれいに剥がれなかったために発生しました。

大学のエンジニアリングスタジオで製造されたPDMS層用の3Dプリント金型とスライドアセンブリ
アルムガム氏は次のように付け加えた。「最初の数回の実験では、PDMS がうまく硬化せず、PDMS 層 (成形部品) が金型にくっついて、剥離プロセス中に損傷しました。この問題を解決するために、PDMS 層を硬化させる前に、3D プリントした金型を 85°C のオーブンで 4 時間予備焼成しました。しかし、問題は完全には解決しませんでした。成形部品の寸法に不正確さ (約 2um の誤差) が生じ、表面損傷も発生しました。解像度の問題は、1mm のチャネルサイズに一部起因しています。チャネルサイズは顕微鏡の焦点に影響し、それが視野でカバーされるピクセル数に影響し、最終的にはピクセル解像度に影響します。特にピクセル長は 8.547 um になります。最大チャネルサイズを 100 μm と仮定すると、測定解像度は 0.855 um になります。

出典: マイクロ流体

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