东京大学竹内教授课题组:3D打印微流控器件制备双层脂膜

发布日期:2022-04-24

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3D打印微流控器件制备双层脂膜

图1 日本东京大学竹内昌治教授及其研究团队在Lab on a Chip杂志上发表封面文章

 

近年来,与细胞膜信号和物质传输有关的膜蛋白(membrane proteins),受到药物开发人员的广泛关注。由于具有极高的特异性(specificity)以及对配体分子(ligand molecules)的敏感性,膜蛋白还有望用于各类化学传感器。在实际操作中,膜蛋白需要双层脂膜(lipid bilayer)作为载体。在过去,研究人员主要利用机加工或光刻等MEMS器件的加工方法,来制作具有“双空腔结构”(double-well chamber,DW)的微型器件,并通过“液滴接触法”(droplet contact method,DCM)来制作双层脂膜。随着3D打印技术的快速发展,也有越来越多的研究人员尝试使用3D打印来制作类似微型器件。

 

最近,东京大学著名学者竹内昌治教授所带领的团队,研究了3种不同的3D打印技术用于双层脂膜制备(fabrication of lipid bilayer devices)及其用于膜蛋白检测(measurement of membrane proteins)的可行性。研究成果以“3D printed microfluidic devices for lipid bilayer recordings”为题,作为封面文章发表在Lab on a Chip期刊上。

 

3D打印制作DCM微型器件

图2 (a)DCM装置示意图;(b)3D打印制作DCM微型器件

 

这项研究从以下三个方面进行:

 

1. 利用3D打印DCM微型器件制备双层脂膜的成功率。研究人员利用3种不同的3D打印技术,分别制作了特殊的DCM器件,其中包含厚度为40μm /80μm /200μm的薄壁结构。利用PμSL高精密3D打印技术(摩方精密,microArch S140高精度3D打印系统)制作的DCM器件,实际尺寸与设计值的偏差只有6%,表面粗糙度低至0.27±0.02μm,在制备双层脂膜时能够实现高达93%的成功率。

 

不同3D打印样品的尺寸精度及表面粗糙度

图3 不同3D打印样品的尺寸精度及表面粗糙度

(microArch为摩方精密S140高精度3D打印机)

 

2. 分别对由3D打印及传统方法制作的DCM器件进行性能对比。研究指出,通过电噪声振幅(amplitude of electrical noise)及双层脂膜成型时间(waiting time for lipid bilayer formation)的比较,3D打印所制作的器件能实现与传统方法较为一致的性能,即可灵敏、快速地获取离子通道信号(ion channel signals)。

 

3. 3D打印技术在DCM领域的拓展应用。通过微流控一体成型(monolithic fabrication)制备不同的DCM器件(如DW结构、DW与双管道串联结构、多空腔DW结构)用于溶液混合以及电信号的并行记录,研究人员指出,3D打印技术能够快速、便捷、一体成型制作传统方法无法实现的复杂结构,在药物开发和化学传感器等方面将会有非常大的应用前景。

 

摩方精密的S140高精度3D打印机所打印的DCM器件

图4 摩方精密的S140高精度3D打印机所打印的DCM器件

 

原文链接:

https://doi.org/10.1039/D1LC01077H

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