طباعة ثلاثية الأبعاد لقنوات السوائل الدقيقة المستخدمة في الفحوصات الطبية

طباعة ثلاثية الأبعاد لقنوات السوائل الدقيقة المستخدمة في الفحوصات الطبية

دراسة جديدة

في دراسة جديدة رائدة، قام الباحثون في جامعة مينيسوتا، بالتعاون مع مركز قيادة تطوير القدرات القتالية للجيش الأمريكي، بطباعة قنوات السوائل الفريدة ثلاثية الأبعاد على نطاق الميكرون والتي يمكنها أتمتة إنتاج التشخيصات وأجهزة الاستشعار والمقايسات المستخدمة لمجموعة متنوعة من الفحوصات الطبية والتطبيقات الأخرى.

يعد الفريق أول من يقوم بطباعة هذه الهياكل ثلاثية الأبعاد على سطح منحني، مما يوفر الخطوة الأولية لطباعتها يومًا ما مباشرة على الجلد لاستشعار سوائل الجسم في الوقت الفعلي. تم نشر البحث في Science Advances.

الموائع الدقيقة

الموائع الدقيقة هو مجال سريع النمو يتضمن التحكم في تدفقات السوائل بمقياس ميكرون (واحد على مليون من المتر). تُستخدم الموائع الدقيقة في مجموعة واسعة من مجالات التطبيق بما في ذلك الاستشعار البيئي، والتشخيص الطبي (مثل COVID-19 والسرطان) واختبار الحمل وفحص الأدوية وتسليمها والمقايسات البيولوجية الأخرى.

تقدر القيمة السوقية العالمية للموائع الدقيقة حاليًا بمليارات الدولارات. عادة ما يتم تصنيع أجهزة ميكروفلويديك في غرفة نظيفة خاضعة للرقابة باستخدام تقنية معقدة ومتعددة الخطوات تسمى الطباعة الحجرية الضوئية.

تتضمن عملية التصنيع سائل سيليكون يتدفق على سطح منقوش ثم يعالج بحيث تشكل الأنماط قنوات في لوح السيليكون المتصلب.

قنوات ميكروفلويديك

في هذه الدراسة الجديدة، يتم إنشاء قنوات ميكروفلويديك في خطوة واحدة باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد. استخدم الفريق طابعة ثلاثية الأبعاد مصممة خصيصًا لطباعة قنوات الموائع الدقيقة مباشرة على سطح في بيئة معمل مفتوحة. يبلغ قطر القنوات حوالي 300 ميكرون – حوالي ثلاثة أضعاف حجم شعرة الإنسان (جزء من مائة من البوصة). أظهر الفريق أنه يمكن التحكم في تدفق السائل عبر القنوات وضخه وإعادة توجيهه باستخدام سلسلة من الصمامات.

يمكن أن توفر طباعة قنوات الموائع الدقيقة هذه خارج إعداد غرفة الأبحاث الأتمتة القائمة على الروبوت وقابلية النقل في إنتاج هذه الأجهزة.

وللمرة الأولى تمكن الباحثون أيضًا من طباعة موائع جزيئية مباشرة على سطح منحني. بالإضافة إلى ذلك ، قاموا بدمجها مع أجهزة استشعار إلكترونية لإمكانيات استشعار المختبر على رقاقة.

قال مايكل ماك ألبين، أستاذ الهندسة الميكانيكية بجامعة مينيسوتا وباحث أول في الدراسة: “هذا الجهد الجديد يفتح إمكانيات عديدة في المستقبل لأجهزة ميكروفلويديك”. “القدرة على طباعة هذه الأجهزة ثلاثية الأبعاد بدون غرفة أبحاث تعني أن أدوات التشخيص يمكن أن يطبعها طبيب في مكتبهم مباشرة أو يطبعها الجنود في الميدان عن بعد.”

لكن ماك ألبين قال إن المستقبل أكثر إقناعًا.

قال ماك ألبين، الذي يشغل منصب أستاذ كرسي عائلة Kuhrmeyer في قسم الهندسة الميكانيكية: “إن القدرة على الطباعة على سطح منحني يفتح أيضًا العديد من الاحتمالات والاستخدامات الجديدة للأجهزة، بما في ذلك طباعة ميكروفلويديك مباشرة على الجلد لاستشعار سوائل الجسم والوظائف في الوقت الفعلي”.

يمكن قراءة المزيد من الابتكارات والاختراعات المختلفة من خلال الضغط هنا

للاطلاع على المزيد من المواضيع وأبرز المقالات عبر موقع سجلات الأردن اضغط هنا