I mer än ett decennium har forskare har offentliggjort mikrofluidikens potential att revolutionera testet och analysen av ämnen som sträcker sig från vatten till DNA. Tusentals tidskriftsartiklar har beskrivit forskarnas utveckling av nya mikrofluidiska enheter för diagnostiska tester. Miniatyr, fristående analyssystem, kallas ofta labs-on-a-chip, har effektiviserat olika analyser, tillhandahålla nästan realtidsresultat av analyser som glukos eller patogendetektering i blodprodukter. Alla fält som bygger på att analysera och identifiera kemiska och biologiska element - till exempel medicin, miljöskydd, och jordbruk - skulle kunna dra nytta av den snabba, utvärderingar på plats möjliggörs av ett lab-on-a-chip. Än, dessa enheter förblir främst projekt som finns på universitet och forskningslaboratorier och inte produkter som är kommersiellt tillgängliga.

Traditionellt, tillverkningen av mikrofluidsystem har krävt mycket skickliga ingenjörer som använder rena rum utrustade med sofistikerade, dyra fotolitografiska verktyg. På grund av den specialiserade expertisen och de faciliteter som är involverade i utvecklingen av mikrofluidiska enheter, den kommersiella sektorn har betraktat mikrofluidik som en opraktisk FoU -investering i enheter vars produktion inte är skalbar för industritillverkning. Dock, forskare vid MIT Lincoln Laboratory har föreslagit ett alternativ som kan öppna möjligheter för forskning om, och i slutändan tillverkning av, mikrofluidik.

I en nyligen publicerad artikel i Trender inom bioteknik , David Walsh, David Kong, och Peter Carr från MIT Lincoln Laboratory's Bioengineering Systems and Technologies Group och Shashi Murthy från Northeastern University presenterar ett fall för att tillverka mikrofluidiska plattformar i makerspaces, som vanligtvis är offentliga anläggningar som tillhandahåller verktyg, såsom 3D-skrivare och laserskärare, för att bygga otaliga enheter.

"Du kan gå med i en makerspace för en månadsavgift som är jämförbar med den för ett hälsoklubbmedlemskap, "Walsh säger, noterar att bara på MIT campus finns 28 stora makerspaces i drift. "Ställ den avgiften mot kostnaden för ett månatligt medlemskap i ett rent rum, som kan löpa från tusentals till tiotusentals dollar. "

I deras artikel, författarna förklarar att 3D-skrivare, laserskärare, och plotterskärare (maskiner som använder digitalt styrda knivar för att skära ut konstruktioner) kan dra nytta av billiga material som plast, papper, och laminat. Från dessa material, funktionella mikrofluidiska enheter kan tillverkas på några minuter till en bråkdel av kostnaden för litografiskt tillverkade enheter.

"Vi har en stor möjlighet att utöka tillgången till nya användare av mikrofluidik -teknik. Varifrån jag sitter vid skärningspunkten mellan mikrofluidik och syntetisk biologi, Jag hoppas att vårt papper kommer att gripas av community biolabs som annars aldrig skulle komma igång med mikrofluidik, "Säger Carr.

Forskarna har använt sig av Lincoln Laboratory’s makerspace, Technology Office Innovation Laboratory, eller TOIL, till 3D-print eller laserskurna flera varianter av lab-on-a-chip-enheter. Deras enheter är inriktade på biomedicinska tillämpningar, men Walsh säger att enheterna kan anpassas för många typer av analyser. Pekar på en enhet som liknar en CD -skiva präglad med ett mönster av tunna linjer (dvs. kanaler för vätskorna), Walsh förklarar att en vätska, säg ett biologiskt prov, injiceras genom en port på skivan. Skivan snurras sedan i en billig snurr som den 6 tum höga 3D-tryckta "lådan" på hans skrivbord, och centrifugalkraften "driver" proteinet genom enhetens uppsättning kanaler som innehåller reagenser. Den resulterande reaktionen, kanske en färgförändring eller en fluorescerande, indikerar närvaron och koncentrationen av målbiomarkören för vilken försökspersonen testar.

"Denna process tar sekunder, säger Walsh, belyser en av fördelarna som mikrofluidik kan medföra vid vårddiagnostik. Testets hastighet, tillsammans med enhetens lilla storlek, har väckt det medicinska samfundets intresse av att använda lab-on-a-chip-enheter för personlig hälsoövervakning, som att kontrollera sitt kolesterol, eller för diagnostik på fältsjukhus eller kliniker i missgynnade regioner som inte har direkt tillgång till laboratoriefaciliteter. Dock, de höga kostnaderna för forskning och utveckling av mikrofluidiska enheter har hindrat antagandet av mikrofluidik för ett brett spektrum av biomedicinska analyser.

Tillverkningsalternativ från Makerspace erbjuder fördelarna med inte bara låga kostnader utan också snabba utvecklingsprovningscykler. I deras artikel, författarna illustrerar en snabb prototyperingsmetod för att skapa mikrofluidiska enheter:designdelar med datorstödd programvara, skär delarna med en laser- eller plotterfräs, och montera enheten genom att laminera delarna. Tredimensionella utskriftssystem möjliggör en annan snabb vändningsmetod för att tillverka mikrofluidiska system, och nya 3D-trycktekniker gör det mer möjligt att tillverka mikrofluidik med hög optisk klarhet och minimalt läckage.

En annan fördel med att arbeta i makerspaces är att makerspace -communityn har medlemmar med varierad expertis. Att tillverka prototyper i ett sådant utrymme förnekar kostnaden för utvecklare att anställa personal som är utbildad i de specialiteter som krävs för produktion av nya enheter, till exempel, CAD -designers eller tekniker som är bekanta med utskrifts- och skärverktygen. "Du behöver inte experter på mikrofluidik för att göra enheten; du behöver bara någon som kan använda makerpace -verktygen, säger Walsh.

Författarna föreställer sig också möjligheter för makerspaces att förbättra utbildningen i mikrofluidik för studenter från alla nivåer. "Vi är glada över utbildningsaspekten, "Säger Walsh." Under studentresor i Lincoln Laboratory, vi har fått barnen att pröva sig på 3D-tryckning i TOIL. Studenter som får viss utbildning i mikrofluidik i makerspaces kan utveckla ett intresse för att bedriva forskning inom området senare i sin akademiska karriär. "

David Scott, som hanterar TOIL, instämmer:"Efter att ha varit värd för ett stort antal uppsökande program i TOIL, Jag har haft nöjet att utbilda studenter att designa, producera, och samla en mängd olika projekt med konventionella verktyg och utrustning för tillverkare av utrymmen. Genom att skapa en träningsmiljö för mikrofluidik i en makerspace, studenterna skulle ha full kontroll över sina projekt samtidigt som de utvecklade ett intresse för mikrofluidik genom design, experimenterande, och testar. "

Denna artikel publiceras på nytt med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT -forskning, innovation och undervisning.