Представлен микрофлюидный метод измерения модуля упругости микроволокна для широкого применения в биомедицинской инженерии

Прочитано: 85 раз(а)


Команда инженеров Гонконгского университета (HKU) разработала новую микрофлюидную технику, способную значительно расширить возможности применения в материаловедении и биомедицинской инженерии.

Используя явление «намотки веревки» внутри микрофлюидных каналов, инновационный метод предлагает многообещающее решение для оценки гибкости эластичных микроволокон при высокой производительности. Он может эффективно измерять модули упругости, которые являются определяющими механическими характеристиками при росте клеток , репликации ДНК, конструкции искусственных мышц биомиметических роботов и многом другом микроволокон.

Эти микроволокна являются ключевыми компонентами различных высокотехнологичных и медицинских продуктов и биологических структур, таких как цитоскелет, паутина и оптические волокна.

Новая микрофлюидная техника была разработана профессором Андерсоном Х.С. Шумом и доктором Юанем Лю из факультета машиностроения Гонконгского университета в сотрудничестве с профессором Говардом А. Стоуном и доктором Джанин К. Нуньес, учеными из Принстонского университета, и доктором Джеком. Х.И. Ло из Университета нефти и полезных ископаемых имени короля Фахда.

Результаты были опубликованы в Трудах Национальной академии наук под названием «Высокопроизводительное измерение модулей упругости микроволокон путем намотки веревки».

Новый подход устраняет необходимость ручной обработки образцов за счет использования количественной корреляции между модулями упругости и радиусом намотки. Это позволяет измерять 3300 волокон в час, что является существенным улучшением по сравнению с существующими методами и обеспечивает тысячекратное увеличение по сравнению с использованием обычного устройства для испытания на растяжение.

Этот прорыв значительно сокращает трудоемкий и требующий навыков процесс загрузки и выгрузки образцов, что особенно полезно для крошечных, хрупких образцов, таких как нитчатые бактерии, актиновые нити, ДНК, углеродные нанотрубки и функциональные микроволокна.

«Наш подход не только упрощает процесс тестирования, но и объединяет этапы производства и тестирования», — сказал профессор Шум.

«Благодаря возможностям поточного измерения, которые объединяют «изготовление микроволокон» и «измерение модуля упругости» на одной и той же технологической линии, мы теперь можем измерять модуль упругости каждого волокна сразу после производства. Это позволяет немедленно идентифицировать и корректировать дефектов путем регулирования переменных процесса, таких как интенсивность УФ-излучения, в режиме реального времени.

«Например, для поддержания постоянного модуля упругости уменьшение радиуса намотки ниже по потоку вызовет увеличение интенсивности УФ-излучения вверх по потоку, что будет служить механизмом обратной связи для исправления производственных ошибок. С другой стороны, упругие модули также можно контролировать с помощью интенсивности УФ-излучения, гарантируя стабильное качество продукции», — добавил профессор Шум.

Кроме того, этот метод является неразрушающим, что исключает необходимость приклеивания концов волокна к креплениям, как это требуется при обычных испытаниях на растяжение. Эта особенность особенно выгодна при работе с волокнами, имеющими неоднородные модули упругости, которые традиционно требуют сегментации на несколько частей для индивидуальной оценки.

Заглядывая в будущее, команда с оптимизмом смотрит на адаптацию этого метода для еще более мелких волокон, в том числе с субмикронным диаметром, таких как ДНК и актиновые нити.

«Регулировка микрофлюидной установки и гидродинамики для размещения более мелких волокон представляет собой некоторые технические проблемы, но это определенно осуществимо», — сказал доктор Лю.

Представлен микрофлюидный метод измерения модуля упругости микроволокна для широкого применения в биомедицинской инженерии



Новости партнеров