Für Lab-on-a-Chip-Anwendungen haben Forscher der University of Science and Technology of China (USTC) mit Hilfe des Nano-3D-Druckverahrens der Zwei-Photonen-Polymerisation einen rotierenden, magnetisch angetriebenen Mikrofilter zum Filtern von mikroskopisch kleinen Partikeln erfolgreich entwickelt. Die 3D-gedruckten Filter sind nur 60 Mikrometer hoch und 70 Mikrometer breit.

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Forscher der University of Science and Technology of China (USTC) haben einen rotierenden, magnetisch angetriebenen Mikrofilter entwickelt. Der Drehfilter in Nanogröße kann zum Filtern von mikroskopisch kleinen Partikeln in einem mikrofluidischen Gerät eingesetzt werden. Diese Geräte sind auch unter der Bezeichnung Lab-on-a-Chip bekannt und können verwendet werden, um diverse Laborfunktionen innerhalb eines Chips auszuführen.

Das magnetische Material wurde mit einer präzisen 3D-Drucktechnik hergestellt, der sogenannten Zwei-Photonen-Polymerisation. Die Filter sind nur 60 Mikrometer hoch und 70 Mikrometer breit, mit 6,5 Mikrometer großen quadratischen Öffnungen auf jeder Seite. Die Arbeit der Forscher wurde unter dem Titel „Magnetically driven rotary microfilter fabricated by two-photon polymerization for multimode filtering of particles“ veröffentlicht.

Lab-on-a-Chip-Geräte ermöglichen eine Vielzahl von Anwendungen

Rotierender Filter im Nanoformat
Die Forscher stellten mit einem 3D-Druckverfahren namens Zwei-Photonen-Polymerisation magnetisch angetriebene rotierende Filter in Nanogröße für den Einsatz in mikrofluidischen Kanälen her. Die Filter sind nur 70 Mikrometer breit und 60 Mikrometer hoch mit quadratischen Öffnungen, die auf jeder Seite 6,5 Mikrometer messen. Maßstabsleiste: 10 Mikrometer (Bild © Dong Wu, University of Science and Technology of China).

Die sogenannten Lab-on-a-Chip-Geräte enthalten komplexe Netzwerke mikrofluidischer Leitungen und können für unterschiedliche Anwendungen zum Einsatz kommen, wie z. B. das Durchführen von Bluttests, die potenzielle Krankheiten erkennen sollen oder zum Screenen von Molekülen auf therapeutische Eigenschaften. Der Filter könnte schließlich eingesetzt werden, um unterschiedlich große Zellen zur Analyse zu sortieren, etwa zur Isolierung von zirkulierenden Tumorzellen, die auf eine Krankheit hindeuten können.

Der Mikrofilter kann bei Bedarf extern manipuliert werden, etwa um bestimmte Partikelgröße zu filtern oder alle Größen passieren zu lassen. Das ist möglich, indem Richtung des externen Magnetfelds beeinflusst wird. Diese Funktionalität ermöglicht die Wiederverwendung der Chips und könnte für viele Arten biologischer und chemischer Studien zum Einsatz kommen, die in mikrofluidischen Geräten durchgeführt werden.

» Weiterlesen: Hier mehr zum Thema Nano-3D-Druck erfahren

Den Nutzen mikrofluidischer Geräte erweitern

Mikrofilter werden häufig in mikrofluiden Chips verwendet, um Zellen oder Partikel abhängig von der Größe der Löcher zu sortieren. Die Geräte sind jedoch nicht flexibel genug, um verschiedene Arten von Zellen oder Partikeln nach Bedarf zu sortieren, da die Form und Anzahl der Löcher im Mikrofilter nicht geändert werden können. Um den Nutzen mikrofluidischer Geräte zu erweitern, wurde der Filter so entwickelt, dass er frei zwischen einzelnen Modi wie Passieren oder selektivem Filtern wechseln kann.

Mit Hilfe der Zwei-Photonen-Polymerisation wird ein lichtempfindliches, flüssiges Material polymerisiert, bekannt als Fotolack. Um den Mikrofilter anzufertigen, haben die Forscher magnetische Nanopartikel synthetisiert und diese mit dem Fotolack vermischt. Die Polymerisation kann dank der Zwei-Photonen-Absorption sehr präzise umgesetzt werden, was die Fertigung komplexer Strukturen sogar im Mikrometerbereich möglich macht. Alle weiteren 3D-Druck-Anwendungen in der Forschung bietet auch zukünftig kostenlos das 3D-grenzenlos Magazin (Newsletter abonnieren).

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