В области диагностики заболеваний и биомедицинских исследований одноклеточный анализ является ключевым инструментом для анализа неоднородности клеток. Традиционные методы одноклеточного анализа, такие как оптический микроскоп или проточная клеточная хирургия, часто затрудняют удовлетворение потребностей в исследованиях с высоким потоком и высокой чувствительностью из - за таких ограничений, как сложность операций, высокая стоимость или инвазивность. Технология импеданса и диэлектрического спектра (IDS), как неинвазивный, контролируемый в режиме реального времени и обладающий высоким потенциалом потока, стала важным технологическим путем для одноклеточного анализа. Принцип заключается в том, что, когда клетки или частицы проходят через электрическое поле, генерируемое электродами в микроканале, они нарушают электрическое поле и генерируют электрические сигналы, соответствующие их собственным электрическим характеристикам и пространственному положению. Однако в неравномерном электрическом поле, если частицы смещаются в вертикальном направлении, это может значительно повлиять на симметрию распределения электрического поля, что приводит к искажению амплитуды сигнала, что снижает точность и повторяемость обнаружения.

Чтобы решить эту проблему,Совместная исследовательская группа Манчестерского университета и Мельбурнского университета разработала 3D - печатный микрочип с струйной структурой, который обеспечивает регулируемую трехмерную гидродинамическую фокусировку через двухступенчатый поток.Данное исследование является«Точное фокусирование потока в 3D-печатных микроканалах для усиленной импедансивной спектроскопии»По теме, опубликованной в международных журналахДатчики и приводы B: химическиеВверх.

Ядром инновационного микропроцессора является его уникальная структура сопла, которая может активно поднимать поток образцов над нижней частью микроканала, эффективно избегая неспецифического взаимодействия частиц со стенкой канала. В сочетании с ограничением потока оболочки сверху вниз и фокусирующим эффектом нисходящего сужения система обеспечивает трехмерное точное позиционирование частиц при прохождении через сенсорную область.Ключевой технологией производства для реализации этой сложной трехмерной структуры является технология микростереолитографии с точной поверхностной проекцией (P - μSL) и технология 3D - печати с комбинированной точностью оптического отверждения.Исследовательская группа используетПрецизионный MicroArch ® Система 3D - печати D1025 (точность: 10 & 25 мкм), изготовленная из HTL - смолы в качестве материала, за один раз успешно сформировала многомасштабный интегрированный микропроцессор с радиусом 120 мкм, основным каналом 800 мкм и полосой сжатия 100 мкм.

Как показано на рисунке 1, регулируя отношение потока к Q2 / Qt, частицы могут быть точно подтолкнуты к электроду, не полагаясь на неглубокие каналы или сложную конфигурацию электрода. Эта настраиваемость позволяет системе адаптироваться к различным сценариям применения, от клеточного анализа до химического тестирования, демонстрируя отличную адаптивность.

Кроме того, на рисунке 2 подробно описывается механизм трехмерной фокусировки жидкости. Система использует трехэтапную стратегию фокусировки: во - первых, поток оболочки F1 в сочетании с соплом для достижения боковой и частичной вертикальной фокусировки; Во - вторых, верхний поток оболочки F2 усиливает вертикальные ограничения; Наконец, секция сокращения вниз по течению консолидирует общий эффект фокусировки. Эта конфигурация гарантирует, что частицы всегда находятся вблизи общих электродов при прохождении через сенсорную область, что оптимизирует сбор сигналов.

С помощью экспериментов по флуоресцентной визуализации и импедансной спектроскопии команда проверила эффективность фокусировки. На рисунке 3 показаны результаты моделирования, показывающие влияние микроканальной структуры на гидродинамику. При изменении отношения потока к Q1 / Qs с 0,99 до 100 ширина фокусировки может быть отрегулирована между 0,07 и 0,65 - кратной шириной канала, что отражает высокую степень регулируемости. В то же время вертикальная фокусировка квантовывается с помощью конфокального микроскопа, который показывает, что при Q2 / Qt = 0,9 расстояние частицы от электрода может упасть ниже 10 мкм, что значительно улучшает качество сигнала.

Экспериментальная часть использует флуоресцентные микросферы в качестве модельной системы для определения местоположения частиц путем регулирования пропорции потока оболочки при фиксированном общем расходе 100 мкл / мин. Результаты флуоресцентного изображения на рисунке 4 наглядно демонстрируют эффект боковой и вертикальной фокусировки. С увеличением Q2 / Qt высота потока частиц постепенно уменьшается, а ширина несколько увеличивается, но область сжатия эффективно компенсирует эту диффузию, обеспечивая, что частицы остаются плотно концентрированными в сенсорной области. Эта конструкция обеспечивает динамический диапазон фокусных потоков от 71 × 70,5 до 121 × 10,95 мкм в канале 300 мкм и подходит для различных размеров частиц.

В электрическом представлении амплитуда импедансного сигнала изменяется с вертикальным положением частицы, и моделирование сильно совпадает с экспериментальными данными. На рисунке 5 показаны параметры и результаты измерений, когда Q2 / Qt = 0,9, отношение сигнала и шума достигает пикового значения 17,38 дБ, а вариативность сигнала низкая. Статистический анализ показывает значительные различия между всеми условиями потока, подчеркивая важность оптимизации вертикальной фокусировки. Это открытие обеспечивает надежную основу для импедансной клеточной хирургии, которая обеспечивает высокоточное обнаружение, не полагаясь на сложную последующую обработку.

В этом исследовании, Мофан прецизионная многоточечная производственная мощность позволяет одновременно формировать сложную структуру сопла и область сжатия, избегая сложных шагов выравнивания и соединения, необходимых для традиционной многослойной фотолитографии, не только упрощает производственный процесс, но и улучшает целостность и функциональную интеграцию устройства, обеспечивая геометрическую гибкость и быструю проверку прототипа для проектирования микросхем управления потоком.

Двойной точный MicroArch как высокоточный высокотехнологичный уровень®Устройства серии Dual (D0210, D1025), инновации для достижения одного и того же слоя (направление оси XY) и различных слоев (направление оси Z) могут достигать переключения печати с различной точностью, и по - прежнему поддерживают сверхвысокую точность, сверхвысокую пропускную способность управления, новый оснащен автоматической системой горизонтального регулирования, так что промышленная 3D - печать более интеллектуальная, стабильная и эффективная. В масштабе печати серия обеспечивает кросс - масштабную точность обработки от 2 мкм до 100 мм × 100 мм × 50 мм, преодолевая ограничения синергии традиционного производства по размерам и точности. В области быстрого прототипирования эти возможности включают биомедицину, прецизионную электронику,5GИнновационные исследования и разработки в высокотехнологичных отраслях, таких как связь и полупроводники, предлагают новые решения, которые сочетают в себе высокую скорость реагирования, гибкую итерацию и значительное снижение эффективности.

По мере того, как точная медицина переходит к новому этапу индивидуализированной диагностики и лечения, Mobian Precision продолжает добавлять инвестиции в исследования и разработки, направленные на продвижение технологии 3D - печати на более высокий уровень. В будущем MSF Precision будет играть ключевую роль в более широкой передовой области, предоставляя высокоточные производственные решения, которые сочетают в себе как сверхвысокую точность, так и высокую степень индивидуальности, от персонализированного медицинского оборудования до настраиваемых датчиков, от микрооптических элементов до систем микроуправления потоком, обеспечивая ключевую поддержку для научных исследований и модернизации промышленности.