Multi-Material Druck: Ein Weg zu chemofluidischen Ventilen für mikrofluidische Anwendungen:
3D-Biodrucker von GeSiM sind nicht auf die Entwicklung künstlicher Gewebe durch den Druck von Biotinten begrenzt. Kunden erzeugten bereits Mehrlagenstrukturen für gedruckte Elektronik.
Die Kombinierbarkeit verschiedenster Extrudier-Methoden erlaubt noch viel mehr: Chemofluidische Ventile wurden von einem Team der TU Dresden sowie der Uniklinik Dresden direkt in mikrofluidische Durchflusszellen gedruckt. Die Kombination unterschiedlicher Aktoren ermöglichte die funktionelle Kombination normal offener wie auch normal geschlossener Ventile an vordefinierten Punkten im mikrofluidischen Chip. Die Ventilfunktionen werden dabei ausschließlich durch den Kontakt mit Flüssigkeit getriggert, ohne jegliche externe Stromversorgung oder Steuerelektronik. Dies ist ein interessanter Ansatz, um z.B. low-cost lateral-flow Assays mit „eingebautem“ Handling unterschiedlicher Fluide zu realisieren.
Der vorgestellte mikrofluidische Chip basiert auf einem Mehrlagensystem mit laminierten Trennlagen sowie fluidführenden Schichten. Für die einzelnen Schichten wurden lasergravierte PMMA- bzw. PE- Folien verwendet. Bild 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau. Mit dem BioScaffold-Printer BS3.2 von GeSiM wurden an den Positionen der chemofluidischen Ventile sehr unterschiedliche Materialien appliziert: ein UV-härtendes Hydrogel wurde piezoelektrisch dosiert, um die normal-offenen Ventile zu realisieren. Das Dosiervolumen betrug ca. 180 Nanoliter. Diese Ventile schließen, sobald sie in Kontakt mit Wasser kommen. Für die normal geschlossenen Ventile wurde mit einem pneumatischen Extruder PEG (molare Masse ca. 35.000 g/mol) bei einer Temperatur von 92°C dosiert.
Die grundlegende Funktionalität der Durchflusszelle umfasst die Bereitstellung definierter Probenvolumina, das Mischen zweier Proben sowie deren Transport durch das mikrofluidische System mittels einer dritten Funktionsflüssigkeit. Die Zusammenschaltung der Funktionselemente ist in Bild 2 dargestellt.
Bild 1: Prozessschritte bei der Herstellung des mehrlagigen mikrofluidischen Chip. Die Schritte (b), (c) und (e) wurden mit dem GeSiM BioScaffold Drucker durchgeführt.
Bild 2: Funktionselemente des mikrofluidischen Chip einschließlich der chemofluidischen Ventile.
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Der mikrofluidische Chip in Aktion.
Diesem Report liegt die folgende Veröffentlichung zugrunde: A. Kutscher, P. Kalenczuk et al.: Fabrication of Chemofluidic Integrated Circuits by Multi-Material Printing, MDPI Micromachines, 02/2023 (https://doi.org/10.3390/mi14030699)
