Инженеры научились создавать модульные микрофлюидные устройства из деталей конструктора LEGO. Они предложили вырезать в блоках каналы, заклеивать их тонкой, но прочной полиэтиленовой пленкой, а выходы из каналов соединять резиновой прокладкой. Помимо этого стандартные блоки конструктора можно дополнять совместимыми 3D-печатными элементами, пишут инженеры в журнале Lab on a Chip.

Обычно микрофлюидные чипы выполняют множество операций, к примеру, смешивают или наоборот разделяют жидкости разных типов, а также используются для синтеза веществ. За каждую стадию в микрофлюидных устройствах отвечает отдельный сегмент, граничащий с другими. Но поскольку в разных экспериментах нужны разные наборы микрофлюидных элементов, а создавать для каждого случая отдельный чип с помощью литографии дорого и неудобно, инженеры разрабатывают альтернативные подходы. Например, некоторые исследователи предлагают печатать микрофлюидные чипы на 3D-принтере, но разрешение таких принтеров обычно недостаточно и их приходится модифицировать.

Кристал Оуэнс (Crystal Owens) и Джон Харт (John Hart) из Массачусетского технологического института научились создавать недорогие модульные микрофлюидные устройства из стандартных деталей конструктора LEGO. Для этого они использовали микрофрезерный станок, позволяющий вырезать в деталях LEGO каналы с глубиной от 20 и шириной от 150 микрометров. Поскольку каналы должны быть герметичными, инженеры предложили наклеивать на сторону блока с вырезанным каналом прозрачную полиэтиленовую пленку толщиной 110 микрометров; она может выдержать давление внутри в канале до 400 килопаскалей.

Massachusetts Institute of Technology (MIT) / YouTube

Несмотря на то, что блоки конструктора довольно хорошо прилегают друг к другу, для микрофлюидных применений этого недостаточно и жидкость может просачиваться на границе двух блоков. Поэтому инженеры также предложили вырезать на границе каждой детали небольшой паз и вставлять в него кольцевую резиновую прокладку, плотно прилегающую к соседнему блоку. Также авторы работы показали, что для сегментов, в которых не так важна точность, можно создавать совместимые с LEGO 3D-печатные модули с каналами внутри блока.

Микрофлюидные каналы, вырезанные в LEGO-блоке. Crystal Owens and John Hart / Lab on a Chip, 2018

Инженеры собрали и продемонстрировали работу нескольких микрофлюидных устройств, состоящих из разных модулей, к примеру, жидкостный резистор или смеситель двух разных жидкостей:

Год назад другая группа инженеров уже предложила использовать LEGO для создания микрофлюидных чипов, правда, они использовали не оригинальные детали, а самостоятельно отлитые из полимера.

Автор: Григорий Копиев