La tecnologia FEMTOPrint per gli stampi in vetro stampati in 3D per chip microfluidici a gocce

La tecnologia FEMTOPrint utilizzata per aiutare a produrre stampi in vetro stampato 3D per chip microfluidici a gocce

L’azienda high-tech svizzera FEMTOprint , dedicata alla produzione a contratto di microdispositivi stampati in 3D in vetro e altri materiali trasparenti, ha collaborato con  Galatea Lab ,  Instant Lab  e  Jules-Gonin Ophthalmic Hospital lo  scorso inverno per esplorare come la stampa 3D potrebbe essere utilizzata per innovare ulteriormente l’industria della tecnologia medica . Ora l’azienda presta i suoi talenti alla produzione di stampi in vetro stampati in 3D per chip microfluidici a gocce. La sua tecnologia può far crescere le capacità sperimentali dei chip microfluidici a gocce

La ricerca, dettagliata in un recente caso di studio , è stata condotta insieme ai ricercatori  dell’Istituto Leibniz per la ricerca sui prodotti naturali e la biologia delle infezioni  (Leibniz HKI) in Germania.

“Lavoriamo insieme con FEMTOprint da più di 2 anni, come vediamo nel loro potenziale tecnologico per espandere le possibilità dei nostri progetti di strutture microfluidiche”, ha dichiarato Miguel Tovar con Leibniz HKI e Hans Knöll Institute. “Offrono la migliore metodologia per la fabbricazione di strutture 3D con risoluzione micrometrica senza richiedere salari o muri temporali insormontabili. Al contrario, sono diventati membri aggiuntivi del team. Non vediamo l’ora di ulteriori collaborazioni. ”
Produzione di un chip PDMS da stampi in vetro 3D. (a) Costruzione del modello CAD 3D. (b) Realizzazione di stampi master in vetro con lavorazione laser a femtosecondi. (c) Produzione soft-litografica di uno stampo PDMS (blu) dallo stampo master del vetro. (d) Incollaggio al plasma del timbro PDMS su una diapositiva dell’oggetto.
Il team di ricerca collaborativo – composto da scienziati di Leibniz HKI, Friedrich Schiller University ,  Università di Tecnologia di Ilmenau , FEMTOprint e l’ Istituto Fraunhofer di ottica applicata e ingegneria di precisione  (Fraunhofer IOF) – fabbricato chip 3D PDMS (gomma siliconica) per gocce microfluidica utilizzando l’innovativa tecnologia del vetro FEMTOprint per realizzare stampi in vetro stampati in 3D. Il processo di scrittura diretta di FEMTOprint consente di creare progetti microfluidici con diversi livelli, altezze in continuo cambiamento e forme 3D complesse, insieme a una risoluzione submicrometrica.

Questa nuova tecnica, abbinata al semplice stampaggio di replica PDMS, può fornire agli utenti una soluzione per laboratori non specializzati e specializzati al fine di personalizzare ed espandere la sperimentazione microfluidica.

I ricercatori hanno pubblicato un articolo, intitolato ” Stampi in vetro 3D per una facile produzione di chip microfluidici con goccioline complesse “, nella rivista Biofabrication ; autori sono Miguel Tovar, Thomas Weber, Sundar Hengoju, Andrea Lovera, Anne-Sophie Munser, Oksana Shvydkiv e Martin Roth.

L’abstract dice: “Per sfruttare l’immenso potenziale della microfluidica di goccioline, è necessario semplificare il processo di progettazione e fabbricazione dei chip. Mentre lo stampaggio a replica di polidimetilsilossano (PDMS) ha notevolmente rivoluzionato il processo di produzione dei chip, la sua dipendenza dalla fotolitografia limitata in 2D ha limitato le possibilità di progettazione e l’ulteriore diffusione della microfluidica nei laboratori non specializzati. Per liberarci da queste restrizioni mantenendo al contempo la fabbricazione, introduciamo un approccio per la produzione di stampi in vetro microfluidico a goccioline multi-altezza (3D) complesse e successiva produzione di chip mediante stampaggio a replica PDMS. ”
Chip di intercettazione delle goccioline per l’osservazione e l’imaging prolungate, comprese le camere di forma variabile di profondità variabile.
Questa nuova tecnica consente nuove possibilità nel settore, che possono essere sfruttate con applicazioni e gocce di microfluidica. A partire da ora, non esiste nessun’altra metodologia semplice ma questa che consenta di produrre architetture con strutture da 15 μm a centinaia di micrometri in tutte le dimensioni.

Il design si avvicina alle rampe per osservare il contenuto di gocce nel flusso sotto diverse altezze del canale mostrate come schizzo e per migliorare la picoiniezione.
Stampi di vetro stampati in 3D possono essere utilizzati per combinare la replicazione e la facilità di produzione che la litografia morbida è in grado di offrire con i vantaggi della prototipazione ad alta risoluzione. Inoltre, può facilitare la fabbricazione di strutture multilivello – anche quelle con gradienti di confinamento, che possono rendere migliori le operazioni microfluidiche delle goccioline importanti.

Secondo FEMTOprint, le strutture di vetro stampate in 3D “rappresentano una parte negativa” e possono anche essere utilizzate direttamente come chip legandole a una lastra o vetro PDMS; questo rende possibile utilizzare strutture, come specchi, lenti e filtri, che la modellazione di repliche non può ricreare.

Lo stampo di vetro stampato in 3D può contenere 192 ugelli in un design lungo 25 mm e largo 4 mm, compresi tutti gli ingressi e le uscite, che generano gocce monodisperse di ø70 μm. È anche facile scalare questa struttura in modo che sia in grado di contenere 1.000 ugelli in una struttura da 6,5 ​​cm. Ora, grazie alle possibilità offerte da questa ricerca, la fabbricazione di chip non deve essere il collo di bottiglia per i laboratori non-microfluidici che adottano approcci microfluidici. Invece, dovrebbe essere visto come un modo per implementare nuove funzionalità, come l’integrazione della fibra ottica per il rilevamento della fluorescenza.

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