Микрофлюидика - что это такое?

Микрофлюидика - что это такое?
31 июля 2018

Несколько недель назад мы писали о том, что австралийский производитель Asiga анонсировал новые модели своей линейки 3d принтеров. Интересно, что принтеры позиционируются не только для, ставших уже традиционными стоматологии, ювелирного дела или производства, но и для микрофлюидики, достаточно нового и малоизвестного научного направления. Попробуем разобраться, что это такое и какое отношение имеет к 3D печати.


Микрофлюидика (иногда ее называют микрогидродинамика) занимается изучением поведения жидкости геометрически ограниченной небольшим объемом. Она сформировалась в 1990-е годы как самостоятельное научное направление на стыке физики, химии и биологии. Ее развитие позволило создать принципиально новые методики биологического анализа, качественно отличающихся от классических аналогов. Построенные на этих методиках аналитические системы получили название лаборатории на чипе) и зарекомендовали себя как доступное, надежное и неприхотливое средство диагностики.


О том как это происходит на практике с нами поделился Долгушин Сергей Анатолиевич, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории трансляционной биомедицины ФГБУ «НИЦЭМ им. Н.Ф. Гамалеи» Минздрава России.


Мы уже выяснили, что микрофлюидика, это изучение поведения жидкости в малых объемах. Я так понимаю, основное преимущество - можно проводить исследование, не расходуя много реагентов, т.е. экономично.
Да, Вы совершенно правы. Базовые химические реагенты стоят дешево, но довольно дорого стоят биологические реагенты (антитела, белки, красители), потому что их очень сложно получать. Таким образом, основная задача – уменьшить объем используемых реагентов. Очевидное решение - уменьшить количество раствора, в котором анализ проходит, т.е. уменьшить емкость. Сейчас стандартом являются планшеты для иммуноферментного анализа (ИФА), у них дно диаметром где-то 6 мм, и высота 8-9 мм. Примерно половина этого объема заполняется, т.е. получается около 150-200 микролитров. Если у нас анализ дорогой и реагенты стоят дорого (а они, на самом деле, могут стоить до нескольких десятков тысяч долларов), то нам было бы очень неплохо уменьшить объем используемых реагентов, раз так в 10. Для этого придумали делать анализ не двухмерным как в случае ИФА, когда антигены или антитела иммобилизованы на лунке планшета, а, трехмерным, например, на полистироловом шаре.

Как это происходит: берем полистироловый шарик диаметром 6 мкм (эти примерно диаметр эритроцита) и на него уже сорбируем анитела и антигены. Основное преимущество- анализ у нас становится трехмерным, т.е. шарики плавают в растворе, и там же плавает аналит, который мы выявляем. Шанс встретиться антитела с антигеном в трехмерном случае выше, чем шанс ему приплыть на дно лунки планшета. Шанс больше- чуствительность выше, тест быстрее, проще (ну, относительно) и дешевле в плане расхода реагентов. Вот такая была идея, и мы занимаемся ее реализацией. Следующий шаг – уменьшить объемы еще сильнее, в частности не только для реакции антиген-антитело, но и для других биологических применений

И где же здесь 3D печать?
На 3d принтере изготавливают микрофлюидные проточные чипы для прибора QuattroPlex. Это автоматический прибор для мультиплексного анализа на флуоресцентных микросферах биологических проб. Позволяет выполнять анализ на инфекционные заболевания (до 50 патогенов в одном образце), среди которых могут быть любые социально значимые и особо опасные инфекции.


До прихода 3d печати чипы для прототипирования изготавливались фрезерованием или травлением на пластиковой или стеклянной подложке. Стекло, как и некоторые пластики, например, полиэтилен или полипропилен, обладают тем же ключевым преимуществом - инертностью к биологическим веществам. Пластики можно фрезеровать, но это довольно сложно, это стружка, это какие-то ошибки, всегда остаются дефекты поверхности, в целом, довольно много мороки. Преимущества стекла как материала тоже понятны, но есть и минусы - невозможно быстро поставить какой-то эксперимент, стекло нужно сначала травить, потом обрабатывать поверхность, потом клеить, т.е. все это довольно долго, дорого и сложно масштабировать.
А 3D печать как раз и предназначена для прототипирования, т.е. для проверки идей. И это именно то что мы делаем - печатаем именно такой объект, который нам нужно, с любой конфигурацией каналов; и сразу можем посмотреть, как там течет жидкость, и что происходит.

Вернуться к новостям
Ваш город - Ашберн,
угадали?
Перейти на мобильную версию сайта
Да, перейти Остаться на основной версии