Замена тонких микроскопических клапанов потока на универсальную модульную систему клапанов позволила исследователям Сингапурского агентства по науке, технологиям и исследованиям (A * STAR) значительно снизить стоимость и сложность микрожидкостных диагностических чипов — устройств размером с визитную карточку, которые могут анализировать кровь на место для ряда биомаркеров болезней.«Микрожидкостные чипы продвигают диагностику многих заболеваний в местах оказания медицинской помощи», — говорит Алисия Тох из Сингапурского института производственных технологий A * STAR (SIMTech). «Внутри этих чипов крошечные микроклапаны точно направляют микролитры жидкости через серию микроканалов для автоматического анализа.
Однако интеграция микроклапанов в микроканалы является сложной задачей и очень чувствительна к производственным дефектам, что приводит к более высокой стоимости одного устройства. В медицинской диагностике В этом секторе идет гонка за снижение стоимости диагностики за счет производства более дешевых микрожидкостных диагностических чипов ».
Тох и ее коллеги Чжипинг Ван и Чжэньфэн Ван решили эту проблему, убрав микроклапаны с основного микрожидкостного чипа, и создали модульный клапан, который устанавливается на поверхность чипа после изготовления. Клапаны состоят из микрожидкостного канала, который соединяется с портами на поверхности чипа, и воздушной камеры, которая позволяет зажать канал за счет увеличения давления воздуха. Команда продемонстрировала, что их модульные клапаны могут точно управлять концентрацией химических веществ с помощью гидравлической маршрутизации, что имеет решающее значение во многих передовых диагностических приложениях.«За счет массового производства этих микроклапанных модулей отдельно от микрожидкостного чипа и тестирования функции клапана перед интеграцией чипа мы можем добиться гораздо более низкого уровня дефектов, что повысит производительность и приведет к гораздо более низкой стоимости одного устройства», — говорит Тох. «Эта технология сократит количество отходов и внесет свой вклад в устойчивую практику производства микрожидкостных чипов».
Однако получить правильную конструкцию клапана было сложно. Команда использовала современное программное обеспечение для прогнозирования микроскопических взаимодействий между гибкой эластомерной силиконовой мембраной и жидкостью в микроканале.
Использование материалов, совместимых с новейшими технологиями микрофлюидики, также было большим ограничением.«Промышленность быстро движется к более экономичным термопластическим материалам», — говорит То. «Используя совместимые материалы, мы можем добиться надежной интеграции без дополнительной модификации поверхности или клея».
Тох и ее команда сейчас изучают возможность производства модулей микроклапанов с использованием различных новых материалов. «Более широкое внедрение микрожидкостной технологии будет означать, что мы сможем увидеть, как наши модульные микроклапаны используются в широком спектре приложений», — говорит она.