3D-skrivare kan göra nästan vad som helst nuförtiden, från ett par löparskor till choklad, trä, och flygplansdelar. Och det visar sig - även komplexa vetenskapliga prylar som används i cancerforskning.

Innovativt, kostnadseffektiva verktyg är väsentliga inom biovetenskaplig forskning för att förstå hur cancerceller migrerar från en plats till en annan under metastaser, att undersöka hur neuroner ansluter i nätverk under mänsklig utveckling, och att se hur vita blodkroppar svarar på infektioner. På NYU Abu Dhabi, biomedicinska ingenjörer designar ny teknik som biologer behöver för att göra viktiga upptäckter inom dessa områden.

En sådan enhet kallas en mikrofluidisk sond, eller MFP, som det heter i labbet. Vanligtvis gjord av glas eller kisel, dessa mycket små vetenskapliga verktyg - ungefär lika stora som en pennspets - uppfanns för ungefär ett decennium sedan och utvecklas och förfinas kontinuerligt. MFP:er används av forskare runt om i världen för att studera, bearbeta, och manipulera levande cellkulturer i en kontrollerad miljö.

Även om tekniken är väl etablerad, det innebär unika utmaningar och begränsningar. Specifikt, MFP:er kan inte enkelt produceras på begäran på grund av deras komplexa tillverkningsprocedurer, och är dyra att tillverka i stora kvantiteter på grund av deras monteringsprocedurer.

Gå in i den fascinerande världen av 3D-utskrift.

"Demokratiserande" vetenskapsteknik

Biomedicinska ingenjörer vid NYUAD använde en 3D-skrivare för att skapa en funktionell, integrerad, och billig MFP för att studera cancerceller och andra levande organismer i en petriskål. Deras tryckta enhet är kubformad med cylinderspets och fungerar med samma effektivitet som dess dyrare och mer mödosamma kusin.

"3D-skrivare ger en enkel, snabb, och lågkostnadsteknik för att tillverka MFP:er, " sa biträdande professor i mekanisk och biomedicinsk teknik Mohammad Qasaimeh, vars team utvecklade ett ramverk för att skriva ut mikrofluidiska prober och fyrpoler i 3D.

"Det är billigare att producera, lätt att skala upp eller ner, och snabbt att tillverka – alla steg, från design till produkt, kan göras på mindre än en dag, " han förklarade, och som resultat, "alla vetenskapslabb med en stereolitografiskrivare med måttlig upplösning kommer att kunna tillverka 3D MFP:er på begäran och använda dem för att bearbeta celler på ett tillförlitligt sätt."

3-D-utskrivna MFP:er, "kan leverera reagens på ett lokaliserat sätt, endast ett fåtal tiotals celler kan riktas in i odlingsskålen, medan andra miljontals odlade celler lämnas orörda, " lade Ayoola T. Brimmo till, NYUAD Global Ph.D. Fellow in Engineering och första författare till forskningen, demonstrerar dess funktionalitet i lokaliserad leverans och cellbearbetning.

Studieresultaten, publiceras i tidskriften Vetenskapliga rapporter , bygger på Qasaimehs tidigare arbete med att utveckla mikrofluidiska sonder och kvadrupoler för att studera hur mänskliga neutrofiler (en typ av vita blodkroppar) beter sig när de svarar på infektioner.

I en tidigare studie, Qasaimeh och hans forskargrupp använde en mikrofluidisk kiselprob för att upptäcka hur neutrofiler svarar på rörliga källor till koncentrationsgradienter som efterliknar infektioner och patogener. Forskningen analyserade hur snabbt dessa celler svarar på stimulering, visade hur neutrofiler startar sina migrationer med en maximal hastighet som saktar ner över tiden, och hur neutrofiler genomgår rullande beteenden innan de börjar förfölja en infektionsplats.

Qasaimeh är huvudutredare för Advanced Microfluidics and Microdevices Laboratory vid NYUAD, vars arbete i första hand fokuserar på att utveckla mikroverktyg för biologer som arbetar inom forskning om människors hälsa, inklusive anordningar för att fånga cirkulerande tumörceller tagna från blodprover från cancerpatienter.