3D-tulostetun mikrofluidisen testikasetin kehitys vieritestaukseen

Abstract

Mikrofluidisia testikasetteja hyödynnetään yhä laajemmin in vitro -diagnostiikassa ja vieritestauksessa, sillä ne mahdollistavat pienten nestemäärien hallitun käsittelyn kompakteissa järjestelmissä ja nopean diagnosoinnin esimerkiksi vastaanottotilanteessa ilman laajaa laboratorioinfrastruktuuria. Mikrofluidisten testikasettien kehitystä hidastavat perinteisiin valmistusmenetelmiin liittyvät korkeat prototyyppikustannukset ja rakenteiden toiminnallisuuden ennustamisen haasteet. 3D-tulostus, kuten stereolitografinen (SLA) 3D-tulostus, tarjoaa mahdollisuuden nopeaan ja joustavaan prototyyppien kehitykseen mikrofluidisten rakenteiden suunnittelussa.

Tämän diplomityön tavoitteena oli suunnitella ja valmistaa mikrofluidinen testikasettirakenne nestekäsittelyyn ja arvioida sen toiminnallisuutta virtaus- ja sekoitusominaisuuksien näkökulmasta. Testikasetit valmistettiin SLA 3D-tulostuksella, ja mikrokanavien pintojen hydrofiilisyyttä muokattiin vesihöyryplasmakäsittelyllä passiivisen kapillaarivirtauksen mahdollistamiseksi. Valmistettujen rakenteiden geometriaa karakterisoitiin pyyhkäisyelektronimikroskopialla (SEM), ja kasettien toimivuutta arvioitiin virtaus- ja sekoitustesteillä.

Tulosten perusteella mikrokanavat olivat geometrisesti avoimia jo 150 µm leveydestä alkaen, mutta toistettavasti toimiva virtaus saavutettiin vasta 300 µm leveissä kanavissa. Plasmakäsittely lisäsi pintojen hydrofiilisyyttä ja mahdollisti kapillaarivirtauksen mikrokanavissa useiden viikkojen ajan käsittelyn jälkeen. Kehitetyssä rakenteessa nesteet voitiin yhdistää ja sekoittaa passiivisesti kapillaarivirtauksen avulla, ja lopullinen kasettiversio toimi luotettavasti suurimmassa osassa testatuista tapauksista. Tulokset osoittavat, että stereolitografinen 3D-tulostus yhdistettynä pintojen plasmakäsittelyyn soveltuu mikrofluidisten testikasettien iteratiiviseen kehittämiseen ja nestekäsittelyrakenteiden optimointiin.