Voor het maken van microfluïdische apparaten zijn doorgaans dure materialen en geavanceerde labfaciliteiten nodig. In Wageningen hebben ze daar iets op bedacht. Met behulp van een 3D-printer en nagellakremover zijn microfluidics veel eenvoudiger te produceren, zo demonsteren de onderzoekers.

In allerlei vakgebieden maken wetenschappers steeds meer gebruik van microfluidics: kleine apparaten met zeer dunne kanaaltjes waar vloeistoffen doorheen stromen. Onderzoekers in de chemie, biologie, natuurkunde en geneeskunde gebruiken ze. Denk in de geneeskunde aan het ontwikkelen van nieuwe medicijnen, tissue-engineering en onderzoek met lab-on-a-chip-technologie.

Gietproces

De meest populaire materialen om de apparaatjes uit te maken, zijn glas en PDMS (polydimethylsiloxaan), een doorzichtig rubber. Dergelijke fijnzinnige devices worden vervaardigd met een gietproces. Het negatief van het kanaaltje wordt gemaakt door silicium laagsgewijs weg te etsen, waarna deze zogeheten master wordt ondergedompeld in vloeibaar PDMS. Na uitharden hiervan moet de maker het rubber voorzichtig opensnijden om de master te verwijderen. Als laatste stap moet het PDMS weer vastgelijmd worden op een substraat. Voor dit proces is veel ervaring vereist met lithografie, evenals toegang tot een cleanroom.

3D-printen met LEGO-plastic

Daarom gooien bionanotechnologen prof. Aldrik Velders en dr. Vittorio Saggiomo van Wageningen University het over een andere boeg. Zij 3D-printen de master in ABS, een betaalbaar plastic waar bijvoorbeeld ook LEGO van is gemaakt. Uit de 3D-printer rolt een negatief van het gewenste kanaal, wat vervolgens dient als master voor het gietproces. En hier komt de crux: die master hoeft er niet meer te worden uitgesneden, want door het geheel twaalf uur lang onder te dompelen in aceton, lost het plastic op. ‘Ik heb thuis een 3D-printer staan en zoals het een echte geek betaamt, combineer ik graag hobby met werk’, zegt Saggiomo lachend. ‘Na printen van een plastic voorwerp maak ik het oppervlak altijd glad met aceton en opeens viel het kwartje: als aceton ABS oplost, dan kunnen we dat ook gebruiken om de master te verwijderen.’

ESCARGOT

De onderzoekers van Wageningen University hebben hun techniek ESCARGOT (Embedded SCAffold RemovinG Open Technology) gedoopt en er ook patent op aangevraagd. Ze hopen dat dankzij de techniek meer onderzoekers met microfluidics aan de slag gaan. ‘Onze techniek is zo eenvoudig in gebruik, een kind van zeven kan het’, zegt Saggiomo.

Met de nieuwe techniek hebben ze kanaaltjes gemaakt variërend in diameter van 500 tot 200 µm. Omdat die met een 3D-printer worden gemaakt, kunnen ze de meest ingewikkelde vormen hebben. Om de kracht van hun methode te laten zien, hebben ze verschillende demonstrators gemaakt. Het meest opvallend zijn een spectroscoop op basis van NMR (kernspinresonantie) voor het chemisch analyseren van vloeistoffen, een volledig werkende microchip en een minuscuul verwarmingselement. Saggiomo: ‘Zo’n spoel in het rubber krijg je met bestaande methoden bijna niet voor elkaar.’

De Wageningse bionanotechnologen zijn de techniek nu aan het verbeteren om nog smallere kanaaltjes te kunnen maken. Ook moeten andere materialen beschikbaar komen, zowel voor de master als om het rubber te vervangen.