Im Bereich der Krankheitsdiagnostik und der biomedizinischen Forschung ist die Einzelzellanalyse ein entscheidendes Werkzeug zur Analyse der Zellheterogenität. Traditionelle Einzelzellanalyse-Methoden wie die optische Mikroskopie oder die Stromzytologie können aufgrund von Einschränkungen wie Komplexität, hohe Kosten oder hohe Invasivität die Forschungsanforderungen mit hohem Durchsatz und hoher Empfindlichkeit nicht erfüllen. Die Impedanz- und Dielektrospektrometrie (IDS) ist ein wichtiger technologischer Weg zur Einzelzellanalyse als nicht-invasives, Echtzeit-überwachbares und hohes Durchflusspotenzial-Verfahren. Das Prinzip besteht darin, dass Zellen oder Teilchen durch die Elektroden in Mikrokanalen erzeugte elektrische Felder stören und elektrische Signale erzeugen, die ihren eigenen elektrischen Eigenschaften und räumlichen Positionen entsprechen. Bei ungleichmäßigen elektrischen Feldern können sich Partikel jedoch in vertikaler Richtung verschieben, was die Symmetrie der elektrischen Feldverteilung erheblich beeinflusst, was zu einer Signalamagnetenverzerrung führt, die die Genauigkeit und Wiederholbarkeit der Detektion verringert.

Um dieses Problem zu lösen, kommenEin gemeinsames Forschungsteam der Universität von Manchester und der Universität von Melbourne hat einen 3D-gedruckten Microfluidics-Chip mit integrierter Düsenstruktur entwickelt, der eine einstellbare dreidimensionale Flüssigkeitsdynamik durch einen zweistufigen Mantelstrom ermöglicht.Diese Studie wurde„Präzisionsflussfokus in 3D-gedruckten Mikrokanälen für verbesserte Impedanzspektroskopie“Veröffentlicht in internationalen ZeitschriftenSensoren und Aktuatoren B: ChemieAuf.

Der Kern dieses innovativen Microfluidics-Chips liegt in seiner einzigartigen Düsenstruktur, die den Probenstrom aktiv über den Mikrokanalboden heben kann, wodurch nicht spezifische Wechselwirkungen zwischen den Partikeln und der Kanalwand effektiv vermieden werden. In Kombination mit einer von oben nach unten verlaufenden Streumschränkung und dem Fokussierungseffekt des nachgelagerten Kontraktionssegments ermöglicht das System eine dreidimensionale genaue Positionierung der Partikel, wenn sie den Sensorbereich durchlaufen.Die Schlüsselfertigungstechnik für die Realisierung dieser komplexen dreidimensionalen Struktur sind die präzise PμSL-Technologie (Micro-Stereophotogravie mit Flächenprojektion) und der 3D-Druck mit komplexer Präzision.Das Forschungsteam nimmtPräzision MicroArch ® Das 3D-Drucksystem D1025 (Genauigkeit: 10 & 25 μm) mit HTL-Harz bildete auf einmal erfolgreich einen multiskaligen integrierten Microfluidics-Chip mit einer 120 μm Radiusdüse, einem 800 μm breiten Hauptkanal und einem 100 μm breiten Schrumpfsegment.

Wie in Abbildung 1 gezeigt, können Partikel durch die Regelung des Durchflussverhältnisses Q2/Qt präzise in die Elektrodennähe geschoben werden, ohne sich auf flache Kanäle oder komplexe Elektrodenkonfigurationen zu verlassen. Diese Abstimmungsfähigkeit ermöglicht es dem System, sich an verschiedene Anwendungsszenarien anzupassen, von der Zellanalyse bis hin zur chemischen Prüfung.

Darüber hinaus erläutert Abbildung 2 den Mechanismus der dreidimensionalen Flüssigkeitsfokusierung. Das System verwendet eine dreistufige Fokussierungsstrategie: Zunächst erreicht der Mantelstrom F1 in Kombination mit der Düse eine seitliche und teilweise vertikale Fokussierung; Zweitens verbessert der obere Hüllenstrom F2 die vertikale Begrenzung; Schließlich konsolidiert die nachgelagerte Schrumpfung den gesamten Fokussierungseffekt. Diese Konfiguration gewährleistet, dass die Teilchen immer in der Nähe der gemeinsamen Elektrode stehen, wenn sie den Sensorbereich durchlaufen, wodurch die Signalaufnahme optimiert wird.

Durch Experimente mit Fluoreszenztbildgebung und Impedanzspektroskopie bestätigte das Forscherteam die Fokussierungseffizienz. Abbildung 3 zeigt die Simulationsergebnisse, die den Einfluss der Mikrokanalstruktur auf die Flüssigkeitsdynamik zeigen. Wenn sich das Durchflussverhältnis Q1/Qs von 0,99 auf 100 ändert, kann die Fokusbreite zwischen 0,07 und 0,65-mal der Kanalbreite eingestellt werden, was ein hohes Maß an Einstellbarkeit widerspiegelt. Gleichzeitig wird die vertikale Fokussierung durch das Kofokussmikroskop quantifiziert, was zeigt, dass der Abstand zwischen den Teilchen und den Elektroden bei Q2 / Qt = 0,9 auf weniger als 10 μm reduziert werden kann, was die Signalqualität erheblich verbessert.

Der experimentelle Teil verwendet fluoreszierende Mikrosphären als Modellsystem, um die Partikelpositionierung durch Regulierung des Mantelstromverhältnisses unter den Bedingungen zu erreichen, dass der Gesamtfluss auf 100 μL / min festgelegt ist. Die fluoreszierenden Bildgebungsergebnisse in Abbildung 4 zeigen intuitiv den Effekt der lateralen und vertikalen Fokussierung. Mit dem Anstieg von Q2 / Qt verringert sich der Partikelstrom allmählich in der Höhe und erhöht sich leicht in der Breite, aber der Kontraktionsbereich kompensiert diese Diffusion effektiv und stellt sicher, dass die Partikel eng im Sensorbereich zusammenhängen. Diese Konstruktion ermöglicht einen dynamischen Bereich von 71 x 70,5 bis 121 x 10,95 μm in einem 300 μm Kanal, der für eine Vielzahl von Partikelgrößen geeignet ist.

Bei der elektrischen Charakterisierung ändert sich die Amplitude des Impedanzsignals mit der vertikalen Position des Teilchens und die Simulation passt stark zu den experimentellen Daten. Abbildung 5 zeigt die Messeinstellungen und die Ergebnisse, wobei das Signal-Rausch-Verhältnis bei Q2/Qt = 0,9 einen Spitzenwert von 17,38 dB erreicht hat und die Signalvariabilität gering ist. Die statistische Analyse ergab erhebliche Unterschiede zwischen allen Verkehrsbedingungen und unterstreicht die Bedeutung der Optimierung der vertikalen Fokussierung. Diese Entdeckung bietet eine zuverlässige Grundlage für die Impedanzytologie, die eine hochpräzise Detektion ermöglicht, ohne sich auf eine komplexe Nachbehandlung zu verlassen.

In dieser Studie ermöglichte die präzise Multi-Präzision-Fertigungskapazität von Molybdenum die Formung komplexer Düsenstrukturen und Kontraktionsbereiche auf einmal, vermeidete die komplexen Ausrichtung- und Bindungsschritte, die für die herkömmliche Multi-Layer-Lithographie erforderlich sind, vereinfachte nicht nur den Fertigungsprozess, sondern verbesserte auch die Integrität und die Funktionsintegration des Geräts und bietet geometrische Flexibilität und schnelle Prototyp-Validierungsmöglichkeiten für die Konstruktion von Mikro-Fluid-Chips.

Doppelpräzise microArch als hochtechnologischer MicroArch®Dual-Serie Geräte (D0210, D1025), Innovation erreicht die gleiche Schicht (XY-Achse-Richtung) und verschiedene Schichten (Z-Achse-Richtung) können unterschiedliche Präzision Schaltdruck zu erreichen, und immer noch ultra-hohe Präzision, ultra-hohe Toleranz Steuerung Fähigkeit, komplett neu ausgestattet mit dem automatischen Horizontaleinrichtungssystem, so dass der industrielle 3D-Druck intelligenter, stabiler und effizienter ist. In Bezug auf die Druckskala erreicht die Serie eine präzise Bearbeitungskapazität von 2 μm bis 100 mm x 100 mm x 50 mm, die die Grenzen der herkömmlichen Herstellung in Bezug auf Größe und Genauigkeit überschreitet. Im Bereich der schnellen Prototypierung ist diese Fähigkeit für biomedizinische, Präzisionselektronik,5GInnovative Forschung und Entwicklung in Spitzenbranchen wie Kommunikation und Halbleiter bietet neue Lösungen mit hoher Reaktionsgeschwindigkeit, flexibler Iteration und erheblicher Kostensenkung.

Mit dem Fortschritt der Präzisionsmedizin in eine neue Phase der individuellen Diagnose hat MOFANG Precision seine Forschungs- und Entwicklungsinvestitionen kontinuierlich verstärkt, um die Entwicklung der Mikronano-3D-Drucktechnologie auf ein höheres Niveau zu fördern. In Zukunft wird MOF Precision eine Schlüsselrolle für die Forschung und die industrielle Modernisierung spielen, indem es Präzisionsfertigungslösungen mit extrem hoher Präzision und hoher Anpassungsfähigkeit bietet, die von personalisierten medizinischen Geräten über maßgeschneiderte Sensoren und von Mikrooptikkomponenten bis hin zu Mikrofluidsystemen reichen.