Mikrofluidische Geräte nutzen winzige Räume, um sehr kleine Mengen von Flüssigkeiten und Gasen zu manipulieren, indem sie sich die Eigenschaften zunutze machen, die sie im Mikromaßstab aufweisen. Sie haben sich in Anwendungen vom Tintenstrahldruck bis zur chemischen Analyse als nützlich erwiesen und haben ein großes Potenzial in der Personalmedizin, wo sie viele Tests miniaturisieren können, die jetzt ein komplettes Labor erfordern, was ihnen den Namen Lab-on-a-Chip verleiht.
Forscher des Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS) der Universität Kyoto näherten sich der mikrofluidischen Fertigung aus einer neuen Richtung und entwickelten ein innovatives Verfahren zur Herstellung von Geräten mit einigen charakteristischen Eigenschaften und Vorteilen.
Eine Beschreibung des neuen Prozesses, der von Dr. Detao Qin vom Pureosity-Team von iCeMS unter der Leitung von Professor Easan Sivaniah entwickelt wurde, erscheint in Naturkommunikation.
Bisher erforderte die Herstellung von Geräten mit mikrofluidischen Kanälen deren Zusammenbau aus mehreren Komponenten, wodurch mögliche Fehlerquellen eingeführt wurden. Der Prozess des Pureosity-Teams benötigt keine solche Anordnung. Stattdessen verwendet es lichtsensibilisierte gewöhnliche Polymere und Mikro-LED-Lichtquellen, um in sich geschlossene, poröse, hochauflösende Kanäle zu schaffen, die in der Lage sind, wässrige Lösungen zu transportieren und kleine Biomoleküle durch eine neuartige Fotolithografietechnik voneinander zu trennen.
Die neueste Entwicklung des Pureosity-Teams baut auf der Organized Microfibrillation (OM)-Technologie auf, einem Druckverfahren, das zuvor in veröffentlicht wurde Natur (2019). Aufgrund eines einzigartigen Merkmals des OM-Prozesses zeigen die mikrofluidischen Kanäle eine Strukturfarbe, die mit der Porengröße verknüpft ist. Diese Korrelation bindet auch die Durchflussrate an die Farbe.
„Wir sehen großes Potenzial in diesem neuen Verfahren“, sagt Prof. Sivaniah. „Wir sehen darin eine völlig neue Plattform für die Mikrofluidik-Technologie, nicht nur für die Personendiagnostik, sondern auch für miniaturisierte Sensoren und Detektoren.“
Mikrofluidische Geräte werden bereits im biomedizinischen Bereich in der Point-of-Care-Diagnostik zur Analyse von DNA und Proteinen eingesetzt. In Zukunft könnten Geräte es Patienten ermöglichen, ihre lebenswichtigen Gesundheitsmarker zu überwachen, indem sie einfach ein kleines Pflaster tragen, sodass Gesundheitsdienstleister sofort auf gefährliche Symptome reagieren können.
„Es war aufregend, unsere Technologie endlich für biomedizinische Anwendungen einzusetzen“, sagt Assistenzprofessor Masateru Ito, Mitautor der aktuellen Veröffentlichung. „Wir unternehmen die ersten Schritte, aber es ist ermutigend, dass relevante Biomoleküle wie Insulin und das SARS-COV2-Hüllprotein mit unseren Kanälen kompatibel waren. Ich denke, dass Diagnosegeräte eine vielversprechende Zukunft für diese Technologie darstellen.“
Detao Qin et al, Strukturelle farbverstärkte Mikrofluidik, Naturkommunikation (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-29956-4