Une équipe de chercheurs japonais a réalisé une avancée significative dans le domaine de la microfluidique, permettant une manipulation précise et efficace des fluides dans des environnements microscopiques en trois dimensions. Cette réalisation ouvre de nouvelles possibilités pour les applications bioanalytiques, comme les séparations cellulaires dans le domaine du diagnostic médical.
Les dispositifs microfluidiques sont conçus pour manipuler des volumes de fluides minuscules, permettant aux chercheurs de réaliser des analyses et des processus avec une précision et une efficacité remarquables. Ces dernières années, la technologie microfluidique a rapidement progressé dans divers domaines, dont la médecine, la biologie et la chimie.
Parmi eux, les dispositifs microfluidiques en spirale en trois dimensions se distinguent. Leur conception complexe en forme de tire-bouchon permet un contrôle précis des fluides, une séparation efficace des particules et un mélange de réactifs. Cependant, leur potentiel pour transformer les applications bioanalytiques est entravé par les défis actuels en matière de fabrication.
Le processus est long et coûteux, et les techniques de fabrication existantes limitent les options de matériaux et les configurations structurelles.
Surmonter les limitations avec une nouvelle approche
Pour surmonter ces limitations, une équipe interdisciplinaire de l’Université de Tohoku et de l’OIST a introduit un processus de dessin thermique rotationnel miniaturisé (mini-rTDP), s’inspirant des techniques traditionnelles de fabrication de bonbons japonais – la fabrication du Kintaro-ame.
Leur approche innovante consiste à faire tourner les matériaux pendant l’étirement thermique pour créer des structures tridimensionnelles complexes à l’intérieur des fibres. Ce processus est très polyvalent, il peut accueillir une large gamme de matériaux qui peuvent se déformer lorsqu’ils sont chauffés, ouvrant d’innombrables possibilités pour combiner divers matériaux.
Des citations des chercheurs
« Le mini-rTDP facilite le prototypage rapide de systèmes microfluidiques en trois dimensions, idéal pour la manipulation précise des biofluides », souligne Yuanyuan Guo, professeur associé à l’Institut de Recherche Interdisciplinaire de l’Université de Tohoku (FRIS).
« Le mini-rTDP consiste à créer une préforme en polymère moulé contenant des canaux, qui sont ensuite étirés et chauffés pour générer des canaux microfluidiques à l’intérieur d’une fibre. Ces canaux peuvent ensuite être davantage tournés pour former des configurations en spirale en trois dimensions », explique Shunsuke Kato, jeune chercheur au FRIS et premier auteur de l’article.
En collaboration avec Amy Shen, leader de l’Unité Micro/Bio/Nanofluidics à l’OIST, l’équipe interdisciplinaire Tohoku-OIST a mené des simulations et des expériences pour visualiser les flux de fluides à l’intérieur des structures en spirale. Daniel Carlson du groupe de Shen a remarqué : « Nous avons confirmé la présence de tourbillons de Dean, un type de flux rotationnel se produisant dans les canaux courbés, dans nos dispositifs, confirmant ainsi leur potentiel pour améliorer considérablement l’efficacité de la séparation des cellules et des particules. »
Vers une révolution dans les technologies bioanalytiques
« Le prototypage rapide de microfluidiques en spirale en trois dimensions à l’aide du mini-rTDP représente une avancée remarquable dans le domaine de la microfluidique. Cette technologie offre une polyvalence, une précision inégalées et le potentiel de catalyser des changements transformateurs dans diverses industries », souligne Amy Shen.
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Cette recherche est un témoignage des efforts de collaboration du programme SHIKA de l’OIST et des fonds de contrepartie fournis par l’Université de Tohoku, soulignant le fort partenariat et la synergie entre ces deux institutions.
