Die erschwingliche Hardware übertrifft aktuelle High-End-Modelle und hat das Potenzial, in Zukunft zu einem kostengünstigen Gerät zur Gesundheitsüberwachung für zu Hause zu werden.
Credits:Bild: Mit freundlicher Genehmigung der Forscher
Massenspektrometrie ist eine leistungsstarke Technik zur Identifizierung chemischer Komponenten in Proben, die zur Überwachung chronischer Krankheiten wie Hypothyreose nützlich ist. Aufgrund der hohen Kosten, die sich oft auf Hunderttausende US-Dollar belaufen, ist der Einsatz jedoch auf Labore beschränkt, was die Behandlung chronischer Krankheiten erschwert.
MIT-Forschern gelang ein Durchbruch durch den 3D-Druck eines kostengünstigen Ionisators, einer entscheidenden Komponente von Massenspektrometern, der bestehende Versionen übertrifft. Dieses kompakte Gerät kann in Massenproduktion hergestellt und mittels Robotermontage in Spektrometer integriert werden, wodurch es kostengünstiger als herkömmliche Ionisatoren ist. Das 3D-Druckverfahren ermöglicht eine präzise Kontrolle der Form des Geräts und die Verwendung spezieller Materialien zur Verbesserung seiner Leistung.
Kostengünstige Hardware
Die Forscher nutzten 3D-Druck und strategische Optimierungen, um einen kostengünstigen Elektrospray-Emitter für die Massenspektrometrie zu entwickeln, der die Leistung modernster Ionisatoren übertrifft. Sie stellten den Emitter mithilfe von Binder Jetting aus Metall her, einem Verfahren, bei dem ein Objekt Schicht für Schicht aufgebaut wird, indem ein Kleber auf Polymerbasis durch winzige Düsen auf ein Bett aus pulverförmigem Material gesprüht wird. Anschließend wird das Objekt erhitzt, um den Kleber zu verdampfen und das Pulver zu verfestigen. Anschließend werden die Emitter elektropoliert, um die Schärfe zu erhöhen, und mit Zinkoxid-Nanodrähten beschichtet, die für die nötige Porosität für eine effektive Flüssigkeitsfiltration und -transport sorgen.
in andere Richtungen denken
Das Team ging das Problem der Flüssigkeitsverdunstung in Elektrospray-Emittern an, die zu Verstopfungen führen kann, indem es es in einen Vorteil verwandelte. Sie konstruierten ihre Emitter als von außen gespeiste feste Kegel mit einem bestimmten Winkel, der die Verdunstung nutzt, um den Flüssigkeitsfluss zu steuern, was zu einem Spray mit einem höheren Anteil an ladungstragenden Molekülen führt. Sie haben auch die Gegenelektrode neu gestaltet, um Lichtbögen zu verhindern und so eine sichere Erhöhung der angelegten Spannung zu ermöglichen, was zu mehr ionisierten Molekülen und einer verbesserten Leistung führt. Darüber hinaus entwickelten sie eine kostengünstige Leiterplatte mit integrierter digitaler Mikrofluidik für einen effizienten Tröpfchentransport.
Das Team plant die Entwicklung eines Prototyps, der seinen Ionisator mit einem 3D-gedruckten Massenfilter kombiniert, und arbeitet an der Verbesserung 3D-gedruckter Vakuumpumpen, die für ein kompaktes Massenspektrometer unerlässlich sind.