Des chercheurs du MIT ont mis au point un procédé de fabrication en une étape pour créer rapidement des micro-réacteurs chimiques miniatures qui pourraient être utilisés pour détecter des maladies ou analyser des substances. Cette avancée pourrait bouleverser la fabrication de dispositifs microfluidiques auto-chauffants et les rendre plus accessibles.
Les chercheurs ont utilisé l’impression 3D multi-matériaux pour créer des dispositifs microfluidiques auto-chauffants avec des éléments chauffants intégrés, grâce à un processus de fabrication unique et peu coûteux. Cette technique permet de générer des dispositifs capables de chauffer un fluide à une température spécifique lorsqu’il circule à travers des canaux microscopiques à l’intérieur de la petite machine.
Le procédé de fabrication à faible coût nécessite environ 2 dollars de matériaux pour générer un microfluidique prêt à l’emploi.
Des applications potentielles
Le processus pourrait être particulièrement utile pour créer des microfluidiques auto-chauffants dans les régions éloignées des pays en développement, où les cliniciens n’ont peut-être pas accès à l’équipement de laboratoire coûteux nécessaire pour de nombreuses procédures de diagnostic.
Les dispositifs microfluidiques peuvent être utilisés pour détecter des maladies dans de petits échantillons de sang ou de fluides, comme les kits de test à domicile pour la Covid-19.
Des réacteurs chimiques personnalisables
En plus de s’attaquer à ces limites dans ses futurs travaux, M. Velásquez-García scientifique au Microsystems Technology Laboratories (MTL) souhaite imprimer des aimants directement dans le dispositif microfluidique. Ces aimants pourraient permettre des réactions chimiques nécessitant le tri ou l’alignement des particules.
Parallèlement, ses collègues et lui étudient l’utilisation d’autres matériaux susceptibles d’atteindre des températures plus élevées. Ils étudient également le PLA afin de mieux comprendre pourquoi il devient conducteur lorsque certaines impuretés sont ajoutées au polymère.
« Si nous parvenons à comprendre le mécanisme lié à la conductivité électrique du PLA (acide polylactique), la capacité de ces dispositifs s’en trouverait grandement améliorée, mais il sera beaucoup plus difficile de résoudre ce problème que d’autres problèmes d’ingénierie« , précise-t-il.
Limitations et perspectives
Une limitation de cette technique réside dans le fait que le PLA utilisé ne peut être chauffé qu’à environ 50°C avant de commencer à se dégrader. De nombreuses réactions chimiques nécessitent des températures de 90 degrés ou plus.
Les chercheurs travaillent sur l’intégration d’un troisième matériau permettant la détection de la température et l’utilisation d’autres matériaux pouvant atteindre des températures plus élevées.
« Le fait de pouvoir imprimer directement des puces microfluidiques avec des canaux fluidiques et des caractéristiques électriques ouvre la voie à des applications très intéressantes lors du traitement d’échantillons biologiques, comme l’amplification de biomarqueurs ou l’actionnement et le mélange de liquides. De plus, comme le PLA se dégrade avec le temps, on peut même envisager des applications implantables où les puces se dissolvent et se résorbent avec le temps« , explique pour sa part Niclas Roxhed, professeur associé à l’Institut royal de technologie KTH de Suède, qui n’a pas participé à cette étude.
En synthèse
Le procédé de fabrication en une étape développé par les chercheurs du MIT pourrait révolutionner la création de dispositifs microfluidiques auto-chauffants et les rendre plus accessibles. Cette avancée a le potentiel d’améliorer la détection des maladies et l’analyse des substances, en particulier dans les régions éloignées des pays en développement.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que la microfluidique ?
La microfluidique est l’étude et la manipulation de fluides à l’échelle microscopique. Elle est utilisée pour créer des dispositifs miniaturisés qui facilitent les réactions chimiques et permettent de détecter des maladies dans de petits échantillons de sang ou de fluides.
Comment fonctionne l’impression 3D multimatériaux ?
L’impression 3D multimatériaux est une technique qui permet d’utiliser plusieurs matériaux pour construire un dispositif couche par couche. Les différents matériaux sont extrudés à travers les buses de l’imprimante pour créer le dispositif souhaité.
Quels sont les avantages de cette nouvelle méthode de fabrication ?
Cette méthode de fabrication permet de créer des dispositifs microfluidiques auto-chauffants en une seule étape, sans nécessiter d’assemblage ultérieur. Elle est également peu coûteuse, nécessitant environ 2 dollars de matériaux pour générer un microfluidique prêt à l’emploi.
Quelles sont les limitations de cette technique ?
Le PLA utilisé ne peut être chauffé qu’à environ 50 degrés Celsius avant de commencer à se dégrader, ce qui limite les réactions chimiques possibles. Les chercheurs travaillent sur l’intégration d’un troisième matériau permettant la détection de la température et l’utilisation d’autres matériaux pouvant atteindre des températures plus élevées.
Quelles sont les applications potentielles de cette avancée ?
Les dispositifs microfluidiques auto-chauffants pourraient être utilisés pour détecter des maladies ou analyser des substances, en particulier dans les régions éloignées des pays en développement où l’accès à l’équipement de laboratoire coûteux est limité.
Références
Légende illustration principale : Les dispositifs microfluidiques auto-chauffants, tels que celui illustré, peuvent être fabriqués rapidement et à moindre coût en grand nombre, et pourraient un jour aider les cliniciens des régions reculées du monde à détecter des maladies sans avoir à recourir à des équipements de laboratoire coûteux.
MIT. One-step 3D printing of self-heating microfluidics.
