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3D打印微流控器件制備雙層脂膜

更新時間:2023-03-27點擊次數:965

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Fig. 1 日本東京大學 竹內昌治 教授及其研究團隊在

Lab on a Chip雜志上發表封面文章


近年來,與細胞膜信號和物質傳輸有關的膜蛋白(membrane proteins),受到藥物開發人員的廣泛關注。由于具有極。高的特異性(specificity)以及對配體分子(ligand molecules)的敏感性,膜蛋白還有望用于各類化學傳感器。在實際操作中,膜蛋白需要雙層脂膜(lipid bilayer)作為載體。在過去,研究人員主要利用機加工或光刻等MEMS器件的加工方法,來制作具有“雙空腔結構"(double-well chamber,DW)的微型器件,并通過“液滴接觸法"(droplet contact method,DCM)來制作雙層脂膜。隨著3D打印技術的快速發展,也有越來越多的研究人員嘗試使用3D打印來制作類似微型器件。


最近,東京大學著名學者竹內昌治教授所帶領的團隊,研究了3種不同的3D打印技術用于雙層脂膜制備(fabrication of lipid bilayer devices)及其用于膜蛋白檢測(measurement of membrane proteins)的可行性。研究成果以“3D printed microfluidic devices for lipid bilayer recordings"為題,作為封面文章發表在Lab on a Chip期刊上。


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Fig. 2 (a)DCM裝置示意圖;(b)3D打印制作DCM微型器件


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這項研究從以下三個方面進行:



1. 利用3D打印DCM微型器件制備雙層脂膜的成功率。研究人員利用3種不同的3D打印技術,分別制作了特殊的DCM器件,其中包含厚度為40μm /80μm /200μm的薄壁結構。利用PμSL高精密3D打?。Ψ骄?,microArch S140)技術制作的DCM器件,實際尺寸與設計值的偏差只有6%,表面粗糙度低至0.27±0.02μm,在制備雙層脂膜時能夠實現高達93%的成功率。


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Fig. 3 不同3D打印樣品的尺寸精度及表面粗糙度

(microArch為摩方精密 S140打印機)


2. 分別對由3D打印及傳統方法制作的DCM器件進行性能對比。研究指出,通過電噪聲振幅(amplitude of electrical noise)及雙層脂膜成型時間(waiting time for lipid bilayer formation)的比較,3D打印所制作的器件能實現與傳統方法較為一致的性能,即可靈敏、快速地獲取離子通道信號(ion channel signals)。


3. 3D打印技術在DCM領域的拓展應用。通過微流控一體成型(monolithic fabrication)制備不同的DCM器件(如DW結構、DW與雙管道串聯結構、多空腔DW結構)用于溶液混合以及電信號的并行記錄,研究人員指出,3D打印技術能夠快速、便捷、一體成型制作傳統方法無法實現的復雜結構,在藥物開發和化學傳感器等方面將會有非常大的應用前景。


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Fig. 4 摩方精密的S140所打印的DCM器件



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