حل مطبوع ثلاثي الأبعاد لاختبار الأمراض بتكلفة معقولة

وتتفوق الأجهزة ذات الأسعار المعقولة على النماذج المتطورة الحالية ولديها القدرة على أن تؤدي إلى جهاز مراقبة صحي منزلي فعال من حيث التكلفة في المستقبل.

يعد قياس الطيف الكتلي تقنية قوية لتحديد المكونات الكيميائية في العينات، وهو مفيد لمراقبة الأمراض المزمنة مثل قصور الغدة الدرقية. ومع ذلك، فإن تكلفته المرتفعة، التي تصل غالبًا إلى مئات الآلاف من الدولارات، تحد من استخدامه في المختبرات، مما يزيد من تعقيد إدارة الأمراض المزمنة.

حقق باحثون من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا طفرة من خلال الطباعة ثلاثية الأبعاد لمؤين منخفض التكلفة، وهو عنصر حاسم في أجهزة قياس الطيف الكتلي، والذي يتفوق في الأداء على الإصدارات الحالية. يمكن إنتاج هذا الجهاز المدمج بكميات كبيرة ودمجه في أجهزة قياس الطيف باستخدام التجميع الآلي، مما يجعله أكثر فعالية من حيث التكلفة من المؤينات التقليدية. وتتيح عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد التحكم الدقيق في شكل الجهاز واستخدام مواد خاصة لتعزيز أدائه.

أجهزة منخفضة التكلفة

استخدم الباحثون الطباعة ثلاثية الأبعاد والتحسينات الإستراتيجية لإنشاء باعث رذاذ كهربائي منخفض التكلفة لقياس الطيف الكتلي يفوق أداء المؤينات الحديثة. لقد صنعوا الباعث من المعدن باستخدام نفث المادة الرابطة، وهي عملية يتم فيها بناء الجسم طبقة بعد طبقة عن طريق رش غراء قائم على البوليمر من خلال فوهات صغيرة على طبقة من مادة مسحوقة. يتم بعد ذلك تسخين الجسم لتبخير الغراء ودمج المسحوق. بعد ذلك، يتم صقل البواعث كهربائيًا لتعزيز الحدة وتغليفها بأسلاك نانوية من أكسيد الزنك، والتي توفر المسامية اللازمة لترشيح السائل ونقله بشكل فعال.

التفكير خارج الصندوق

وقد عالج الفريق مسألة تبخر السائل في بواعث الرش الكهربائي، والذي يمكن أن يسبب الانسداد، من خلال تحويله إلى ميزة. لقد صمموا بواعثهم على شكل مخاريط صلبة يتم تغذيتها من الخارج بزاوية محددة تستخدم التبخر للتحكم في تدفق السائل، مما يؤدي إلى رذاذ يحتوي على نسبة أعلى من الجزيئات الحاملة للشحنة. كما قاموا بإعادة تصميم القطب المضاد لمنع الانحناء، مما يسمح بزيادة آمنة في الجهد المطبق، مما يؤدي إلى المزيد من الجزيئات المتأينة وتحسين الأداء. بالإضافة إلى ذلك، قاموا بتطوير لوحة دوائر مطبوعة منخفضة التكلفة تحتوي على ميكروفلويدات رقمية مدمجة لنقل القطيرات بكفاءة. 

ويخطط الفريق لإنشاء نموذج أولي يجمع بين المؤين ومرشح الكتلة المطبوع ثلاثي الأبعاد، ويعمل على تحسين مضخات التفريغ المطبوعة ثلاثية الأبعاد، الضرورية لمقياس الكتلة المدمج.