米陸軍ERDC、医療業界向けの複雑なマイクロ流体フィルターの開発のためミズーリ大学に100万ドルを授与

この投稿は Bingdunxiong によって 2024-1-11 17:14 に最後に編集されました

2024年1月11日、Antarctic Bearは、米国陸軍工兵研究開発センター（ERDC）がミズーリ大学工学部（Mizzou Engineering）に新しいNanoscribe Quantum X Shape高解像度3Dプリンターを設置するために100万ドル（約716万人民元）を授与したことを知りました。研究者らは、医師が患者の血液から癌細胞を損傷することなく効率的に回収できる複雑なマイクロ流体フィルターの製造方法を解明するために8年を費やしたと述べた。現在、3D プリント技術はこの研究をさらに前進させる可能性を秘めています。

△マット・マッシュマン教授（中央）とエリオット・ライナウアー氏（左から4人目）が、新しいNanoscribe Quantum X Shapeのデモンストレーションを見ている。ミズーリ大学の学生で電気工学の博士課程の学生であるエリオット・ライナウアー氏は、「私たちは2021年から新しいデザインの製造に取り組んでいます。このプリンターは、このタスクを20秒で実行できることをデモンストレーションで示しました」と語った。

「ナノスクライブ社のプリンターの重要な点は、生物細胞や光の波長など、多くの興味深い工学的問題の基本的長さスケールよりも小さい解像度で印刷できることです」と、ミズーリ大学の機械・航空宇宙工学准教授で、材料科学工学研究所の共同所長であるマット・マッシュマン氏は語る。「同時に、直径最大3インチのパターンも作成できるため、幅広い用途に使える強力なツールとなっています。」

Maschmann は、Nanoscribe のアプリケーションがライフサイエンスからマイクロエレクトロニクス、セキュリティと防衛のための高度な光学まで多岐にわたることを意味します。

△3Dプリント技術は、マイクロナノ構造を効率的に処理するために使用されます
3Dプリント技術が複雑なマイクロ流体フィルターを開発

ERDC が資金提供したプロジェクトの主任研究員であるデレク・アンダーソン教授は、次のように語っています。「この装置は、AI によって AI 向けに設計された先進的な光学機器用の新素材の研究にとって非常に刺激的です。私たちは計算とシミュレーションの分野で多くの研究を行ってきましたが、この装置により、研究を検証、比較、前進させるためのプロトタイプを作成することができます。」

ライナウアー氏の研究は、医師が簡単な採血から生きた癌細胞を抽出できる正確な方法を見つけることに焦点を当てている。これは、最適な治療法を決定するためのよりカスタマイズされたアプローチを可能にする重要なアプリケーションです。現在、腫瘍専門医は過去の成功に基づいて化学療法、放射線療法、その他の癌治療を推奨しています。逆に言えば、患者の転移性癌細胞を研究することができれば、医師は患者の特定のニーズに合わせて検査を調整し、最適な治療オプションを推奨できるようになります。

「これまで、がん細胞を抽出しようとすると、その過程で細胞が損傷したり死滅したりしていました」とライナウアー氏は言う。「私たちは、2光子グレースケールリソグラフィーシステムを使用して、がん細胞を捕捉できるフィルターを開発しました。この製造プロセスは、マイクロ/ナノスケールの幾何学的パターンをフォトマスクからシリコンウェーハに転写する行為です。」

通常、このタイプのフィルターは癌細胞を捕捉できますが、これらの細胞は通常、他のほとんどの細胞よりも大きいです。しかし、これまでは、フィルターに損傷を与えることなく、それらをフィルターから除去する方法はありませんでした。この問題を緩和するために、ライナウアー氏はフィルターの形状を変えて、捕獲した癌細胞を傷つけずに簡単に放出できる設計を考案した。

「このアイデアは、外部の力を使ってチャネルの形状を変え、この内部チャネルの迷路をはるかに単純なものに変え、捕捉された細胞がフィルターから簡単に脱出できる流体のハイウェイを作り出すというものです」と彼は言いました。「しかし、これには極めて複雑な設計と製造プロセスが必要です。現在、3D プリントリソグラフィーと高度な幾何学的設計により、フィルターはスピードと精度の組み合わせを実現できます。」

Nanoscribe Quantum Xは、屈折および回折マイクロオプティクスと表面パターンのマスクレス微細加工のための世界初の2光子グレースケールリソグラフィーシステムです。
マイクロマシニング3Dプリント技術の拡大

さらに、Maschmann 氏は、Nanoscribe Quantum X Shape が微細レベルで回路をパターン化できるため、半導体デバイスのパターン化に関する現在の研究に使用することを構想しています。このプリンターは、カーボンナノチューブフィルムを特定のパターンで層ごとに構築できる微細な幾何学的デザインも提供できます。

△2光子高精度グレースケール描画装置 Quantum X shape
この技術は、高度な熱伝達アプリケーションにも適用できます。「液滴を操作して二相熱伝達を強化できます」とマシュマン氏は説明する。「小さな液滴が接触すると、大量の表面エネルギーが放出されます。このエネルギーは非常に大きいため、液体は表面から飛び上がり、熱伝達に非常に有利になります。」

この技術は画期的です。これにより、従来の製造プロセスの制限により実現不可能だった新しいアイデアを追求できるようになります。 3D プリンティング技術は、研究開発担当者の製造能力に革命をもたらし、これを比較的容易に実現することで、研究者の負担を軽減し、イノベーションのペースを加速させました。

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