NSF扶持自动化3D打印微流控芯片制造,洁净室瓶颈有望被打破
美国国家科学基金会(NSF)最近通过一个小企业技术转移项目,给乔治梅森大学和北卡罗来纳的一家名叫Phase的公司拨了笔款子,让它们一块儿开发新一代的3D打印微流控设备。
目标是把这技术从实验室推到更广的应用里去,给器官芯片那种越来越倚仗的工具铺条更实在的路。

这次合作把两边的人凑到了一起。理学院的Ramin M. Hakami教授团队一直在研究细胞外囊泡(EV)的生物学。工学院的Remi Veneziano副教授团队则擅长生物工程和材料。
这两组人之前已经合作搞过一个微流控EV平台,还发了文章。
而Phase公司呢,打算建一个全自动的端到端系统,从定制设备设计、可扩展的3D打印聚二甲基硅氧烷(PDMS)芯片生产、到自动化流体处理都包了。
先问问,微流控技术为什么这么让人上心?
你想想看,这种设备用微型通道引导极微量的流体,在细胞尺度上重现生物条件,比传统平皿培养真实多了。
所以药物发现、研究疾病、毒理学都离不开它。
再加上美国食品药品监督管理局(FDA)正在放慢动物实验的脚步,更偏爱和人体更相关的方法,微流控的地位也就越来越高。
但是呢,到底什么在卡脖子?坦率的讲,制造问题。
现在做复杂的PDMS芯片,经常要动用洁净室,靠手动调校,反复试错才能搞定。
NSF这个项目想用的方法,就是提前用热模型和固化模型来预测PDMS在打印中的表现,这样在真正造芯片之前就能把打印参数调好,省掉那些试错成本。
Phase公司的首席研究员兼联合创始人Jeff Schultz直接说,他们的目标就是让微流控技术更有可重复性,让那些研发更好人体模型的研究员和公司更容易用上这东西。
同时,乔治梅森大学那边会测试打印设备的尺寸精度、表面质量、批次一致性,还有生物功能怎么样。
他们特别会用一种研究EV功能的芯片来做检验。EV就是细胞释放的纳米颗粒,在细胞间通信里起核心作用,从癌症到传染病到神经系统疾病,都能看到它的影子。
而且,它在药物递送方面也潜力巨大。

Veneziano说得也挺实在,能快速又省钱地做出定制微流控设备原型,就能让他们设计出更贴合的微生理系统,将来更多实验室也能用上这技术。
说到底,Phase公司自己不会去搞药物测试或者培养组织,他们就是负责背后的制造层。
现在复杂PDMS芯片还依赖洁净室和手工,门槛高,小实验室被挡在外面,结果也很难复现。
所以Phase想做的,就是把芯片制造变成自动化、高重复度的流程。
当然不是只有他们在追这个制造层。最近,另一家增材制造公司Intrepid Automation和Rapid Fluidics联手,要扩大美国本土的微流控产能,也是盯上实验室原型和批量生产之间的那个坎儿。
据说早期成果已经把生产周期从六周压到了几分钟。
还有一条路线是直接改打印工艺本身。密苏里科技大学开发了一种更快的、基于光的办法来生产器官芯片,用自组装树脂一次成型复杂的微通道,让芯片制造更快、更干净、更容易扩大规模。
老实说,直接瞄准微流控制造这个环节的玩家并不多,大部分人还是在下游用现成芯片做测试。
Phase赌的就是这套可预测、软件驱动的制造工艺,他们觉得这才是把微流控从实验室带到真实世界的关键。


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