東京大學竹內教授課題組：3D打印微流控器件制備雙層脂膜

圖1 日本東京大學竹內昌治教授及其研究團隊在Lab on a Chip雜志上發表封面文章

近年來，與細胞膜信號和物質傳輸有關的膜蛋白（membrane proteins），受到藥物開發人員的廣泛關注。由于具有極高的特異性（specificity）以及對配體分子（ligand molecules）的敏感性，膜蛋白還有望用于各類化學傳感器。在實際操作中，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加工或光刻等MEMS器件的加工方法，來制作具有“雙空腔結構”（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打印技術的快速發展，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，東京大學著名學者竹內昌治教授所帶領的團隊，研究了3種不同的3D打印技術用于雙層脂膜制備（fabrication of lipid bilayer devices）及其用于膜蛋白檢測（measurement of membrane proteins）的可行性。研究成果以“3D printed microfluidic devices for lipid bilayer recordings”為題，作為封面文章發表在Lab on a Chip期刊上。

圖2 （a）DCM裝置示意圖；（b）3D打印制作DCM微型器件

這項研究從以下三個方面進行：

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，分別制作了特殊的DCM器件，其中包含厚度為40μm /80μm /200μm的薄壁結構。利用PμSL高精密3D打印技術（摩方精密，microArch S140高精度3D打印系統）制作的DCM器件，實際尺寸與設計值的偏差只有6%，表面粗糙度低至0.27±0.02μm，在制備雙層脂膜時能夠實現高達93%的成功率。

圖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高精度3D打印機）

2. 分別對由3D打印及傳統方法制作的DCM器件進行性能對比。研究指出，通過電噪聲振幅（amplitude of electrical noise）及雙層脂膜成型時間（waiting time for lipid bilayer formation）的比較，3D打印所制作的器件能實現與傳統方法較為一致的性能，即可靈敏、快速地獲取離子通道信號（ion channel signals）。

3. 3D打印技術在DCM領域的拓展應用。通過微流控一體成型（monolithic fabrication）制備不同的DCM器件（如DW結構、DW與雙管道串聯結構、多空腔DW結構）用于溶液混合以及電信號的并行記錄，研究人員指出,3D打印技術能夠快速、便捷、一體成型制作傳統方法無法實現的復雜結構，在藥物開發和化學傳感器等方面將會有非常大的應用前景。

圖4 摩方精密的S140高精度3D打印機所打印的DCM器件

原文鏈接：

https://doi.org/10.1039/D1LC01077H