Forskare har tillverkat ett magnetiskt driven roterande mikrofilter som kan användas för att filtrera partiklar inuti en mikrofluidisk enhet. De gjorde det lilla vridfiltret genom att skapa ett magnetiskt material som kunde användas med en mycket exakt 3D-tryckteknik som kallas tvåfotonpolymerisation.

Mikrofluidiska enheter, även känd som lab-on-a-chip-enheter, kan användas för att utföra flera laboratoriefunktioner inuti ett chip som vanligtvis mäter några kvadratcentimeter eller mindre. Dessa enheter innehåller invecklade nätverk av mikrofluidiska kanaler och blir mer och mer komplexa. De kan vara användbara för en mängd olika tillämpningar, såsom screening av molekyler för terapeutisk potential eller blodprov som upptäcker sjukdom.

"Genom att ändra riktningen för det yttre magnetfältet, mikrofiltret som vi tillverkat kan fjärrmanipuleras på begäran för att antingen filtrera partiklar av vissa storlekar eller låta dem passera, "sa Dong Wu, medlem i forskargruppen från University of Science and Technology of China. "Denna funktionalitet kan användas för många typer av kemiska och biologiska studier som utförs på lab-on-a-chip-enheter, och viktigare, gör det möjligt för chipsen att återanvändas. "

I tidskriften The Optical Society (OSA) Optikbokstäver , Wu, tillsammans med kollegor från Hefei University of Technology och RIKEN Center for Advanced Photonics i Japan, visa att deras nya roterande mikrofilterfilter kan sortera partiklar i en mikrofluidisk enhet med hög prestanda.

"Det här filtret kan så småningom användas för att sortera celler i olika storlekar för applikationer som att isolera cirkulerande tumörceller för analys eller upptäcka onormalt stora celler som kan indikera sjukdom, "sade Chaowei Wang från University of Science and Technology of China." Med ytterligare utveckling kan det till och med vara möjligt att använda det i enheter placerade inuti kroppen för att upptäcka cancer. "

Ett mer mångsidigt filter

Filter med mikrometerstora hål används ofta i mikrofluidiska chips som ett passivt sätt att sortera partiklar eller celler baserat på hålens storlek. Dock, eftersom antalet och formen av hål i filtret inte kan ändras dynamiskt, tillgängliga enheter saknar flexibilitet att sortera olika typer av partiklar eller celler på begäran. För att utöka användbarheten för mikrofluidiska enheter, forskarna utvecklade ett filter som fritt kan växla mellan lägen som selektiv filtrering och passering.

De skapade det nya filtret med hjälp av tvåfotonpolymerisation, som använder en fokuserad femtosekundlaser för att stelna, eller polymerisera, ett flytande ljuskänsligt material som kallas fotoresist. Tack vare absorptionen av två foton, polymerisationen kan göras på ett mycket exakt sätt, möjliggör tillverkning av komplexa strukturer i mikronskala.

För att göra mikrofiltret, forskarna syntetiserade magnetiska nanopartiklar och blandade dem med fotoresisten. Tillverkning av det roterande mikrofiltret krävde att de optimerade lasereffekten, antal pulser och skanningsintervall som används för polymerisation. Efter att ha testat dess magnetiskt drivna egenskaper på en glasskiva, de integrerade mikrofiltret i en mikrofluidisk enhet.

Flera filtreringslägen

För att filtrera större partiklar, ett magnetfält vinkelrätt mot mikrokanalen appliceras. När filtreringsprocessen är klar, de stora partiklarna kan frigöras genom att applicera ett magnetfält som är parallellt med mikrokanalen, som roterar mikrofiltret 90 °. Filtreringsprocessen kan sedan upprepas efter behov.

Forskarna verifierade filtrets prestanda med hjälp av polystyrenpartiklar med diametrar på 8,0 och 2,5 mikron som blandades i en alkohollösning. "Det var klart att partiklar som är mindre än porstorleken lätt passerade genom mikrofilter medan större filtrerades bort, "sa Chenchu ​​Zhang från Kinas universitet för vetenskap och teknik." I passande läge, alla större partiklar som fångats upp av filtret tvättades bort med vätskan, vilket förhindrar igensättning av filter och möjliggör återanvändning av mikrofiltret. "