技術(shù)文章
Technical articlesFig. 1 日本東京大學(xué) 竹內(nèi)昌治 教授及其研究團(tuán)隊(duì)在
Lab on a Chip雜志上發(fā)表封面文章
近年來,與細(xì)胞膜信號(hào)和物質(zhì)傳輸有關(guān)的膜蛋白(membrane proteins),受到藥物開發(fā)人員的廣泛關(guān)注。由于具有極。高的特異性(specificity)以及對(duì)配體分子(ligand molecules)的敏感性,膜蛋白還有望用于各類化學(xué)傳感器。在實(shí)際操作中,膜蛋白需要雙層脂膜(lipid bilayer)作為載體。在過去,研究人員主要利用機(jī)加工或光刻等MEMS器件的加工方法,來制作具有“雙空腔結(jié)構(gòu)"(double-well chamber,DW)的微型器件,并通過“液滴接觸法"(droplet contact method,DCM)來制作雙層脂膜。隨著3D打印技術(shù)的快速發(fā)展,也有越來越多的研究人員嘗試使用3D打印來制作類似微型器件。
最近,東京大學(xué)著名學(xué)者竹內(nèi)昌治教授所帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì),研究了3種不同的3D打印技術(shù)用于雙層脂膜制備(fabrication of lipid bilayer devices)及其用于膜蛋白檢測(cè)(measurement of membrane proteins)的可行性。研究成果以“3D printed microfluidic devices for lipid bilayer recordings"為題,作為封面文章發(fā)表在Lab on a Chip期刊上。
Fig. 2 (a)DCM裝置示意圖;(b)3D打印制作DCM微型器件
1. 利用3D打印DCM微型器件制備雙層脂膜的成功率。研究人員利用3種不同的3D打印技術(shù),分別制作了特殊的DCM器件,其中包含厚度為40μm /80μm /200μm的薄壁結(jié)構(gòu)。利用PμSL高精密3D打?。Ψ骄埽琺icroArch S140)技術(shù)制作的DCM器件,實(shí)際尺寸與設(shè)計(jì)值的偏差只有6%,表面粗糙度低至0.27±0.02μm,在制備雙層脂膜時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)高達(dá)93%的成功率。
Fig. 3 不同3D打印樣品的尺寸精度及表面粗糙度
(microArch為摩方精密 S140打印機(jī))
2. 分別對(duì)由3D打印及傳統(tǒng)方法制作的DCM器件進(jìn)行性能對(duì)比。研究指出,通過電噪聲振幅(amplitude of electrical noise)及雙層脂膜成型時(shí)間(waiting time for lipid bilayer formation)的比較,3D打印所制作的器件能實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)方法較為一致的性能,即可靈敏、快速地獲取離子通道信號(hào)(ion channel signals)。
3. 3D打印技術(shù)在DCM領(lǐng)域的拓展應(yīng)用。通過微流控一體成型(monolithic fabrication)制備不同的DCM器件(如DW結(jié)構(gòu)、DW與雙管道串聯(lián)結(jié)構(gòu)、多空腔DW結(jié)構(gòu))用于溶液混合以及電信號(hào)的并行記錄,研究人員指出,3D打印技術(shù)能夠快速、便捷、一體成型制作傳統(tǒng)方法無法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜結(jié)構(gòu),在藥物開發(fā)和化學(xué)傳感器等方面將會(huì)有非常大的應(yīng)用前景。
Fig. 4 摩方精密的S140所打印的DCM器件