WASHINGTON - Onderzoekers hebben een magnetisch aangedreven roterend microfilter gefabriceerd dat kan worden gebruikt om deeltjes in een microfluïdisch apparaat te filteren. Ze maakten het kleine draaiende filter door een magnetisch materiaal te maken dat kon worden gebruikt met een zeer nauwkeurige 3D-printtechniek die bekend staat als twee-fotonpolymerisatie.

Microfluïdische apparaten, ook wel lab-on-a-chip-apparaten genoemd, kunnen worden gebruikt om meerdere laboratoriumfuncties uit te voeren binnen een chip die gewoonlijk enkele vierkante centimeters of minder groot is. Deze apparaten bevatten ingewikkelde netwerken van microfluïdische kanalen en worden steeds complexer. Ze kunnen nuttig zijn voor een verscheidenheid aan toepassingen, zoals het screenen van moleculen op therapeutisch potentieel of het uitvoeren van bloedtesten die ziekten opsporen.

"Door de richting van het externe magnetische veld te veranderen, kan het microfilter dat we hebben gemaakt op verzoek op afstand worden gemanipuleerd om deeltjes van bepaalde grootte te filteren of om ze allemaal door te laten", zegt Dong Wu, een lid van het onderzoeksteam van de Universiteit van Wetenschap en technologie van China. "Deze functionaliteit kan worden gebruikt voor vele soorten chemische en biologische onderzoeken die worden uitgevoerd in lab-on-a-chip-apparaten en, belangrijker nog, maakt het mogelijk dat de chips opnieuw worden gebruikt."

In het tijdschrift The Optical Society (OSA) Optica Letters, laten Wu samen met collega's van de Hefei University of Technology en RIKEN Center for Advanced Photonics in Japan zien dat hun nieuwe roterende microfilterfilters deeltjes kunnen sorteren in een microfluïdisch apparaat met hoge prestaties.

"Dit filter zou uiteindelijk kunnen worden gebruikt om cellen van verschillende groottes te sorteren voor toepassingen zoals het isoleren van circulerende tumorcellen voor analyse of het detecteren van abnormaal grote cellen die op ziekte kunnen duiden", zegt Chaowei Wang van de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China. "Met verdere ontwikkeling is het misschien zelfs mogelijk om het te gebruiken in apparaten die in het lichaam worden geplaatst voor het opsporen van kanker."

Een veelzijdiger filter

Filters met gaten van micrometerformaat worden vaak gebruikt in microfluïdische chips als een passieve manier om deeltjes of cellen te sorteren op basis van de grootte van de gaten. Omdat het aantal en de vorm van de gaten in het filter echter niet dynamisch kunnen worden gewijzigd, missen de beschikbare apparaten de flexibiliteit om verschillende soorten deeltjes of cellen naar behoefte te sorteren. Om het nut van microfluïdische apparaten uit te breiden, ontwikkelden de onderzoekers een filter dat vrij kan schakelen tussen modi zoals selectief filteren en passeren.

Ze creëerden het nieuwe filter met behulp van polymerisatie met twee fotonen, waarbij een gefocusseerde femtoseconde laserstraal wordt gebruikt om een ​​vloeibaar lichtgevoelig materiaal dat bekend staat als fotoresist, te laten stollen of polymeriseren. Dankzij de absorptie van twee fotonen kan de polymerisatie zeer nauwkeurig worden uitgevoerd, waardoor complexe structuren op micronschaal kunnen worden vervaardigd.

Om het microfilter te maken, synthetiseerden de onderzoekers magnetische nanodeeltjes en mengden ze met de fotoresist. Voor het vervaardigen van het roterende microfilter moesten ze de vermogensdichtheid van de laser, het aantal pulsen en de scanintervallen die voor polymerisatie werden gebruikt, optimaliseren. Na het testen van de magnetisch aangedreven eigenschappen op een glasplaatje, integreerden ze het microfilter in een microfluïdisch apparaat.

Meerdere filtermodi

Om grotere deeltjes te filteren, wordt een magnetisch veld loodrecht op het microkanaal aangelegd. Nadat het filterproces is voltooid, kunnen de grote deeltjes worden vrijgegeven door een magnetisch veld aan te leggen dat evenwijdig is aan het microkanaal, waardoor het microfilter 90° zal draaien. Het filterproces kan vervolgens indien nodig worden herhaald.

De onderzoekers controleerden de filterprestaties van het filter met behulp van polystyreendeeltjes met een diameter van 8.0 en 2.5 micron die werden gemengd in een alcoholoplossing. "Het was duidelijk dat deeltjes kleiner dan de poriegrootte gemakkelijk door het microfilter gingen, terwijl grotere eruit werden gefilterd", zegt Chenchu ​​Zhang van de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China. "In de passeermodus werden alle grotere deeltjes die door het filter werden opgevangen, weggespoeld met de vloeistof, waardoor filterverstopping wordt voorkomen en hergebruik van het microfilter mogelijk is."

###

Papier: C. Wang, Z. Hu, L. Yang, C. Zhang, L. Zhang, S. Ji, L. Xu, J. Li, Y. Hu, D. Wu, J. Chu, K. Sugioka, "Magnetisch aangedreven roterend microfilter vervaardigd door twee-fotonpolymerisatie voor multimode filtering van deeltjes", Opt. Lett., 46, 12, 2968-2971 (2021).

DOI: https: //doei.org /10.1364 /OEL.428751.

Over Optica Letters

Optica Letters biedt een snelle verspreiding van nieuwe resultaten op alle gebieden van de optische wetenschap met korte, originele, collegiaal getoetste communicatie. Optica Letters accepteert papieren die opmerkelijk zijn voor een substantieel deel van de optiekgemeenschap. Uitgegeven door The Optical Society en geleid door hoofdredacteur Miguel Alonso, Institut Fresnel, École Centrale de Marseille en Aix-Marseille Université, Frankrijk, Universiteit van Rochester, VS. Optica Letters is online beschikbaar bij OSA Publishing.

Over The Optical Society

The Optical Society (OSA), opgericht in 1916, is de toonaangevende professionele organisatie voor wetenschappers, ingenieurs, studenten en bedrijfsleiders die ontdekkingen voeden, real-life toepassingen vormgeven en prestaties in de wetenschap van het licht versnellen. Via wereldberoemde publicaties, bijeenkomsten en lidmaatschapsinitiatieven biedt OSA kwaliteitsonderzoek, geïnspireerde interacties en toegewijde middelen voor zijn uitgebreide wereldwijde netwerk van optische en fotonische experts. Ga voor meer informatie naar osa.org.

Media Contact:

[e-mail beveiligd]