麻省理工学院工程师使用乐高砖开发用于微流体的新平台

麻省理工学院研究人员使用乐高砖开发了一种用于微流体的新平台。在这里显示，流体流过铣削到乐高砖的侧壁中的微小通道。图像：梅兰妮·戈尼克（Melanie Gonick）/麻省理工学院

麻省理工学院工程师刚刚推出了一种乐趣的元素进入微流体。

微流体领域涉及精确地操纵淹没率秤的微小装置。这种装置通常采用诸如被布置成执行各种操作的微小通道和端口的扁平的二维芯片的形式，例如混合，分类，泵送和存储流体。

现在，超越这种芯片设计的麻省理工学院团队在“互锁，注塑块”中找到了一个替代的微流体平台 - 或者，我们大多数人都知道它们，乐高砖。

“乐队在日常制造的物品中令人着迷于精度和模块化的例子，”麻省理工学院机械工程副教授Anastasios John Hart说。

实际上，乐高砖的制造得如此一致，无论在世界上找到哪些地方，任何两块砖都保证牢固地排列并抓住到位。鉴于这种高精度和一致性，麻省理工学院研究人员将乐高砖作为新的模块化微流体设计选择的基础。

在芯片上发布的纸张中，该团队将微型小通道描述为legos，并将每个“流体砖”的出口放在另一块砖的入口上精确地排列。然后，研究人员用粘合剂将每个改性砖的壁密封，使能模块化装置易于组装和重新计算。

每个砖可以设计具有特定的通道模式，以执行特定的任务。研究人员将迄今为止作为流体电阻器和混合器以及液滴发生器的设计砖。它们的流体砖可以被捕获或分开，形成模块化的微流体装置，该装置进行各种生物操作，例如分类细胞，混合流体和滤出感兴趣的分子。

然后，您可以同样地建立一个微流体系统，以便如何通过砖块建造乐高城堡砖块，“麻省理工学院机械工程系的研究生罗布斯水晶欧文斯说。“我们希望将来希望，其他人可能会使用乐高砖来制作一套微流体工具。”

模块化力学

HART也是麻省理工学院制造业和生产力和机械合作组的实验室主任，主要关注他对新型制造工艺的研究，其中应用范围从纳米材料到大规模的3-D印刷。

“多年来，我对微流体领域的外围暴露以及原型制作的微流体装置通常是困难，耗时的，资源密集的过程，”哈特说。

在Microfluidics实验室工作作为本科的欧文斯，首先看到了在芯片上进行了工程实验室的艰苦努力。加入哈特集团后，她渴望找到一种简化设计过程的方法。

大多数微流体设备包含所有必要的通道和端口，以在一个芯片上执行多个操作。Owens和Hart以本质为本，爆炸了该单片平台并使微流体模块化，将单个操作分配给单个模块或单位。然后，研究人员可以混合和匹配微流体模块以进行各种组合和操作序列。

在铸造各种方法中，欧文斯和哈特在物理上实现了他们的模块化设计，发现了乐高砖中的完美模板，这是大约一个典型的微流体芯片。

“因为乐高尔斯如此便宜，广泛访问，并且在安装，拆卸和装配的尺寸和可重复性的情况下，我们询问乐高砖是否可能是创建微流体或流体砖的工具包的方式，”哈特说。

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为了回答这个问题，该团队购买了一套标准，现成的乐高砖，并尝试了各种方式将微流体渠道引入每块砖。最成功的方法是微米，一种熟悉的技术常用于钻孔极佳的，淹没血管特征在金属和其他材料中。

欧文斯使用桌面MIGROMILL将一个简单的500微米宽的通道置于标准乐高砖的侧壁中。然后，她在墙上拍摄了一部清澈的薄膜，将其封印通过砖的新铣刨通道。她观察到流体成功地流过通道，展示了作为流动电阻的砖块 - 一种允许非常少量流体流过的装置。

使用该技术，她通过铣削水平，Y形通道来制造流体搅拌器，并通过Y的每个臂送出不同的流体。在两个臂满足的情况下，液体成功混合。欧文斯也通过将T形图案铣削到墙壁中将乐高砖变成落叶发电机。当她通过T的一端泵送流体时，她发现一些液体通过中间掉下来，形成滴砖。

为了展示模块化，欧文斯在由几块砖构成的标准乐高底板上建立了原型，每个砖块旨在作为流体泵送的不同操作。除了使流体混合器和液滴发生器外，她还用乐高砖配备了一个光传感器，精确定位传感器，因为流体通过相同位置的通道的流体来测量光。

欧文斯表示，该项目的最困难的部分是弄清楚如何将砖块连接在一起，没有液体泄漏。虽然乐高砖设计成牢固地捕捉到位，但砖之间的小差距，在100到500微米之间测量。为了密封这种间隙，欠款在砖的每个入口和出口周围制造了一个小O形环。

“O形圈适合铣成砖面的小圆圈。它设计用于伸出一定的数量，因此当另一块砖放在它旁边时，它压缩并在砖之间形成可靠的液体密封。“欧文斯说，这只需将一块砖块放在另一块砖中即可。”“我的目​​标是让它直截了当。”

“建立一个简单的方法”

研究人员注意到他们的方法几乎是几个缺点。目前，它们能够制造几十微米宽的频道。然而，一些微流体操作需要更小的通道，其不能使用微量化技术进行。此外，由于乐高砖由热塑性塑料制成，因此它们可能无法承受有时用于微流体系统的某些化学物质的暴露。

“我们一直在尝试使用不同的涂料，我们可以穿上表面，使乐高砖，因为它们与不同的流体相容，”欧文斯说。“乐高的砖块也可以用其他材料制成，例如具有高温稳定性和耐化学性的聚合物。”

目前，乐高的微流体装置可用于操纵生物流体并进行诸如分类细胞，过滤流体和渗透液滴中的分子的任务。该团队目前正在设计一个网站，其中包含有关如何使用标准乐高件设计自己的流体砖的信息。

“我们的方法为原型设计进行了一种可访问的平台，”Hart说。“如果您想要制作的那种设备以及您使用的材料，适用于这种模块化设计，这是构建实验室研究的微流体装置的简单方法。”

该研究得到了国家科学基金会研究生研究所支持，该研究金融机械工程系ascher h. shapiro奖学金，麻省理工学院林肯实验室先进的概念委员会，3米学院奖，国家科学基金会渴望/讯息行动计划。

出版物：Crystal E. Owens和A. John Hart，“通过互锁互锁注塑块的高精度模块微流体，”2018年芯片上的实验室; DOI：10.1039 / C7LC00951H