질병 진단 및 생의학 연구 분야에서 단세포 분석은 세포의 이질성을 분석하는 핵심 도구입니다.전통적인 단세포 분석 수단, 예를 들면 광학 현미경이나 유식 세포술은 조작이 복잡하고 비용이 많이 들거나 침입성이 강한 등의 제한으로 인해 높은 통량, 높은 감도의 연구 수요를 만족시키기 어렵다.임피던스 및 유전체 스펙트럼 (IDS) 기술은 비침입적이고 실시간 모니터링이 가능하며 높은 트래픽 잠재력을 갖춘 방법으로서 단일 세포 분석의 중요한 기술 경로가되었습니다.그 원리는 세포나 입자가 미류도의 전극을 통해 발생하는 전장을 통과할 때 전장을 교란하고 그 자체의 전기학적 특성 및 공간 위치에 대응하는 전기신호를 생성하는 것이다.그러나 비균등 전장에서 입자가 수직 방향에서 오프셋되면 전장 분포의 대칭성에 현저한 영향을 미쳐 신호 진폭이 왜곡되어 검측의 정확성과 중복성을 낮출 수 있다.

이 문제를 해결하기 위해,맨체스터대학과 멜버른대학의 공동연구팀은 2단집류를 통해 조절가능한 3차원류체동력학초점을 실현하는 통합노즐구조의 3D프린팅마이크로류제어칩을 설계했다.이 연구는“향상된 임피던스 분광학을 위한 3D 인쇄 마이크로채널에 초점을 맞추는 정밀 흐름”제목, 국제 저널에 발표센서와 액추에이터 B: 화학위.

이 혁신적인 마이크로 흐름 제어 칩의 핵심은 샘플 흐름을 마이크로 채널 하단 위로 능동적으로 올릴 수 있는 독특한 노즐 구조에 있으며, 입자와 채널 벽면의 비특이성 상호작용을 효과적으로 피할 수 있다.하향식 칼집 흐름 구속과 하류 수축 세그먼트의 초점 효과를 결합하여 이 시스템은 감지 영역을 통과할 때 입자의 3차원 정밀 위치를 실현합니다.이 복잡한 3차원 구조를 실현하는 핵심 제조 기술은 바로 모방의 정밀한 면 투영 마이크로 입체 광각 (P μ SL) 기술과 복합 정밀도 광경화 3D 프린팅 기술이다.연구팀이 채택모방 정밀 microArch® D1025(정밀도: 10 & 25 μm) 3D 프린팅 시스템은 HTL 수지를 소재로 120 μm 반지름 노즐, 800 μm 와이드 메인 채널 및 100 μm 와이드 수축 세그먼트가 포함된 멀티 스케일 통합 마이크로 흐름 제어 칩을 한 번에 성공적으로 성형했다.

그림 1에서 볼 수 있듯이, 입자는 Q2/Qt보다 유량을 조절함으로써 얕은 채널이나 복잡한 전극 구성에 의존하지 않고 전극 근처로 정확하게 밀어 넣을 수 있습니다.이러한 조화성은 시스템이 서로 다른 응용 장면에 적응할 수 있도록 하며, 세포 분석에서 화학 검사에 이르기까지 모두 우수한 적응성을 나타낸다.

한 걸음 더 나아가 그림 2는 3차원 유체 초점의 메커니즘을 상세히 설명했다.시스템은 3단계 초점 전략을 채택한다: 우선 칼집 흐름 F1과 노즐을 결합하여 측면과 일부 수직 초점을 실현한다;둘째, 상단 칼집 흐름 F2는 수직 구속을 강화합니다.마지막으로 다운스트림 수축 세그먼트는 전체 초점 효과를 공고히 합니다.이 구성은 입자가 감지 영역을 통과할 때 항상 공면 전극에 접근하도록 보장하여 신호 수집을 최적화합니다.

연구팀은 형광 영상과 임피던스 분광학 실험을 통해 초점 효율을 검증했다.그림 3은 마이크로 채널 구조가 유체 역학에 미치는 영향을 보여주는 시뮬레이션 결과를 보여줍니다.트래픽이 Q1/Qs보다 0.99에서 100으로 변경될 때 초점 폭은 0.07~0.65배 채널 폭 사이에서 조절할 수 있어 고도의 조절 가능성을 구현했다.이와 동시에 수직초점은 공초점현미경을 통해 량화하여 Q2/Qt = 0.9에 표시될 때 립자거리전극거리가 10μm 이하로 내려가 신호의 질을 뚜렷이 제고시킬수 있다.

실험 부분은 형광 마이크로볼을 모델 시스템으로 채택해 총 유량이 100μL/min으로 고정된 조건에서 칼집 흐름 비율을 조절해 입자 위치를 정한다.그림 4의 형광 이미지 결과는 측면과 수직 초점의 효과를 직관적으로 보여줍니다.Q2/Qt가 증가함에 따라 입자 흐름의 높이는 점차 낮아지고 폭은 약간 증가하지만 수축 영역은 이러한 확산을 효과적으로 상쇄하고 입자가 감지 영역 내에서 긴밀하게 모이도록 보장합니다.이 설계는 300 μm 채널에서 71 × 70.5 ~ 121 × 10.95 μm의 동적 범위에서 초점 흐름 크기를 구현했으며 다양한 입자 크기에 적용됩니다.

전기학 표징에서 임피던스 신호의 폭은 입자의 수직 위치에 따라 변화하며 시뮬레이션은 실험 데이터와 고도로 일치한다.그림 5는 Q2/Qt=0.9일 때 신호 잡음비가 최고치인 17.38dB에 도달하고 신호 변이성이 낮다는 측정 설정과 결과를 보여준다.통계분석에 따르면 모든 류량조건간에 뚜렷한 차이가 존재하여 수직초점을 최적화하는 중요성을 두드러지게 했다.이 발견은 임피던스 세포술에 신뢰할 수 있는 기초를 제공하여 복잡한 후처리에 의존하지 않고도 고정밀 검사를 실현할 수 있다.

본 연구에서 모방의 정밀한 다정밀도 제조 능력은 복잡한 노즐 구조와 수축 영역을 한 번에 성형할 수 있게 하여 전통적인 다층 광각 기술에 필요한 복잡한 정렬과 키 조합 절차를 피할 수 있게 하였으며, 제조 프로세스를 간소화할 뿐만 아니라 부품의 전체성과 기능 집적도를 강화하여 마이크로 흐름 제어 칩의 설계에 기하학적 유연성과 빠른 원형 검증 능력을 제공하였다.

모방의 정밀하고 높은 기술 수준의 이중 정밀도 microArch로서®Dual 시리즈 장비 (D0210, D1025), 혁신은 같은 층 (XY 축 방향) 과 다른 층 (Z축 방향) 모두 다른 정밀도의 전환 인쇄를 실현할 수 있으며, 여전히 초고정밀, 초고공차 제어 능력을 유지하고 있으며, 자동 수평 조절 시스템을 새로 탑재하여 산업급 3D 인쇄를 더욱 지능적이고 안정적이며 효율적으로 한다.인쇄 척도 측면에서 이 시리즈는 2μm에서 100mm × 100mm × 50mm의 척도 간 정밀 가공 능력을 실현하여 크기와 정밀도에서 전통적인 제조의 협동 한계를 돌파했습니다.빠른 프로토타입 제작 분야에서 이 능력은 바이오메디컬, 정밀전자,5G를통신, 반도체 등 첨단업종의 혁신연구개발은 고속응답, 신축성있는 교체와 뚜렷한 원가절감과 효익증대를 겸비한 새로운 해결방안을 제공해주었다.

정밀의료가 개인화진료의 새로운 단계로 나아감에 따라 모방정밀은 지속적으로 연구개발에 투입되여 미니나노 3D프린팅기술이 더욱 높은 수준으로 진화하도록 추진하는데 진력했다.앞으로 모방정밀은 초고정밀도와 고도의 맞춤화능력을 겸비한 정밀제조해결방안을 제공함으로써 더욱 넓은 전연분야에서 관건적인 역할을 발휘하게 되며 개성화의료설비로부터 맞춤화센서에 이르기까지, 초소형광학소자에서 미류통제시스템에 이르기까지 과학연구탐색과 산업승격에 관건적인 버팀목을 제공하게 된다.