チップ上のラボ、3D プリントは何を実現したのでしょうか?

チップ上の研究所 - マイクロ流体チップ技術 (マイクロ流体) は、サンプルの準備、反応、分離、検出などの生物学的、化学的、医学的分析プロセスの基本的な操作ユニットをミクロンスケールのチップに統合し、分析プロセス全体を自動的に完了します。生物学、化学、医学などの分野における大きな可能性により、生物学、化学、医学、流体、電子工学、材料、機械工学などの分野が交差する新しい研究分野に発展しました。

注目すべきは、現在メディアで一般的に考えられている遺伝子チップ、タンパク質チップなどのバイオチップ（マイクロアレイ）は、マイクロフローレートがゼロで機能が極めて限定されたポイントアレイハイブリダイゼーションチップに過ぎず、特殊なタイプのマイクロ流体チップであるということです。マイクロ流体チップには、より幅広い種類、機能、用途があります。

マイクロ流体チップは、液体の流れを制御でき、サンプルと試薬の消費を最小限に抑え、分析速度が10倍、さらには100倍も高速化するという特徴があります。数分またはそれよりも短い時間で数百のサンプルを同時に分析でき、サンプルの前処理と分析の全プロセスをオンラインで実現できます。 3D プリントの技術トレンドの 1 つは小型化です。今号では、3D Science Valley とその仲間たちが、マイクロ流体チップ技術の分野で 3D プリントがもたらした成果を振り返ります。

チップ上の小さなラボ
毛細管駆動に基づくマイクロ流体チップの 3D 印刷<br /> 浙江大学の He Yong 氏と彼の研究チームは、毛細管駆動の 3D プリントマイクロ流体チップ (μ3DPAD) を提案しました。このチップのポンプを使わない駆動特性は、既存の紙ベースのマイクロ流体チップ (紙ベースのマイクロ流体分析デバイス、μPAD) の特性に似ています。

紙ベースのマイクロ流体チップの場合、毛細管駆動の利点は、外部ポンプ駆動が不要で、サイズが小さく、コストが低いため、ポイントオブケア (POC) システムなどのリソースが限られたアプリケーションに非常に適していることです。しかし、毛細管駆動の欠点は、流れ場が毛細管力によって受動的に制御され、複雑な流れ制御やプログラム可能な流れ場を実現できないことです。 2D 紙ベースのマイクロ流体チップは、3D プリントによって 3D スケールに拡張できます。次元を大きくすることの利点は、流路の深さを調整することで流量（プログラム可能なフローフィールド）を制御できることです。

一連の実験により、このチップが現在の 2D 紙ベースのマイクロ流体チップを効果的に補完できることが確認されました。このチップは、非駆動方式で流体の作動を簡素化しながら、複雑なフロー制御も実現したい人に適しています。

マイクロ流体チップを印刷するためのドロマイト 3D プリンター
Dolomite は世界クラスのマイクロ流体技術革新企業です。 2016 年 3 月 15 日、Dolomite はスペインのマドリードで、マイクロ流体およびチップラボの 3D プリントに使用できる革新的な 3D プリントデバイス「Fluidic Factory」をリリースしました。

Fluidic Factory は、流体シールを印刷できる世界初の商用 3D プリンターです。1 チップあたりわずか 1 ドルの印刷コストで、高速、簡単、信頼性の高い印刷サービスを提供します。使用される 3D プリント材料は、米国食品医薬品局 (FDA) によって承認された環状オレフィン共重合体 (COC) と呼ばれる強力で半透明の材料です。この材料は、3D プリント装置で簡単に入手でき、安価で、ほぼすべての用途に適しています。

Fluidic Factory は使いやすく設計されており、チップ、センサーカートリッジ、フローチューブ、バルブ、コネクタ、医療機器などの液密デバイスの迅速なプロトタイピングを可能にします。インテリジェントなソフトウェアと革新的なハードウェアにより、流路の密閉性が確保され、エッチング、エンボス加工、射出成形、機械加工技術では実現不可能な、精密な幾何学的流路と多様な機能を作成できます。

ユーザーは、Fluidic Factory のデザインライブラリから既存のデザインを選択したり、任意の CAD ソフトウェアを使用して独自のチップを作成および印刷したりできます。 Fluidic Factory は完全に柔軟な設計であるため、臓器オンチップ、ポイントオブケア診断、創薬、教育、化学合成と分析、生物医学的アッセイなど、非常に幅広い用途に使用できます。

さらに、オプトメックのエアロゾルジェット技術は、ミクロン規模のスマート構造を3Dプリントすることができます。この技術はエレクトロニクスやバイオメディカル業界に応用され、低コストで小型の次世代製品の開発に大きな応用の見込みがあります。

3D プリントとマイクロ流体チップの組み合わせにより薬物検査が加速される<br /> バージニア工科大学ウェイクフォレスト校生物医学工学科学部と再生医療研究所の助教授であるアレクサンダー・スカルダル博士とアダム・R・ホール博士は、3D プリントとマイクロ流体チップを組み合わせることで薬物検査を加速させています。

具体的には、科学者たちは、ECM を模倣したバイオポリマーで肝細胞を囲む 3D デバイスを構築しました。肝細胞を紫外線架橋ハイドロゲル溶液と混合し、デバイス内に配置し、局所光重合技術を実装してその場で組織構造を生成しました。研究によれば、このハイドロゲルが使用されたのは、「天然のECMの特性を特に模倣している」ためだという。構造はデバイス内で 7 日間安定したままでした。

その後、研究者らは上記の構造を0～500 mMのエタノールと混合し、毒性分析を行いました。研究者たちは、エタノールの量が細胞の生存率に体系的な影響を及ぼすことを発見した。さらに、肝機能の分析評価では、エタノールへの曝露増加後にヒトの血清アルブミンと尿素の排出量が大幅に減少することが示されました。

バージニア工科大学-ウェイクフォレスト大学に加えて、マイクロ流体チップの分野で活動している科学研究機関は数多くあります。コネチカット大学やその他の研究機関の科学者は、「3D プリントによるチップ上の臓器のシングルステップバイオファブリケーションに向けて」という記事の中で、従来のマイクロ流体チップ製造技術は労働集約的な産業であり、研究室でのチップ設計の迅速な反復や迅速な製造には役立たないと述べています。 3D 印刷技術を使用してマイクロ流体バイオチップを製造すると、数時間以内にマイクロ流体チャネルを迅速に製造できるため、設計の迅速な反復が可能になり、マイクロ流体研究の学際性が向上し、イノベーションが加速されます。

バイオ 3D プリンティング技術は、複雑な 3D の人体組織構造を製造できる可能性を秘めています。マイクロ流体システムは、3D 組織に栄養素、酸素、成長因子を供給できます。将来、先進的な生物3Dプリンターは、マイクロ流体プラットフォームを印刷できるだけでなく、マイクロ流体プラットフォームでカスタマイズされた微細な人体組織を直接印刷できるようになります。南極クマ3D印刷ネットワークにご注目ください。

出典: 3D Science Valley 詳しい情報:
世界初のマイクロ流体チップ3Dプリンターが商品化されます！
たった 1 ドルで 3D プリントされたマイクロ流体チップが手に入ります!

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