De betaalbare hardware overtreft de huidige high-end modellen en heeft het potentieel om in de toekomst te leiden tot een kosteneffectief apparaat voor gezondheidsmonitoring thuis.
Credits:Afbeelding: met dank aan de onderzoekers
Massaspectrometrie is een krachtige techniek voor het identificeren van chemische componenten in monsters, wat nuttig is voor het monitoren van chronische ziekten zoals hypothyreoïdie. De hoge kosten ervan, vaak in de honderdduizenden dollars, beperken het gebruik ervan echter tot laboratoria, wat de behandeling van chronische ziekten bemoeilijkt.
MIT-onderzoekers hebben een doorbraak bereikt door een goedkope ionisator, een cruciaal onderdeel van massaspectrometers, die beter presteert dan bestaande versies, in 3D te printen. Dit compacte apparaat kan in massa worden geproduceerd en met behulp van robotassemblage in spectrometers worden geïntegreerd, waardoor het kosteneffectiever is dan traditionele ionisatoren. Het 3D-printproces maakt nauwkeurige controle over de vorm van het apparaat mogelijk en het gebruik van speciale materialen om de prestaties te verbeteren.
Goedkope hardware
De onderzoekers maakten gebruik van 3D-printen en strategische optimalisaties om een goedkope elektrospray-emitter voor massaspectrometrie te creëren die de prestaties van de modernste ionisatoren overtreft. Ze vervaardigden de emitter van metaal met behulp van binderjetting, een proces waarbij een object laag voor laag wordt opgebouwd door een op polymeer gebaseerde lijm door kleine spuitmondjes op een bed van poedervormig materiaal te spuiten. Het object wordt vervolgens verwarmd om de lijm te verdampen en het poeder te consolideren. Hierna worden de emitters elektrolytisch gepolijst om de scherpte te verbeteren en gecoat met zinkoxide nanodraden, die de noodzakelijke porositeit bieden voor effectieve vloeistoffiltratie en transport.
outside-the-box denken
Het team heeft het probleem van de vloeistofverdamping in elektrospray-emitters, die verstoppingen kunnen veroorzaken, aangepakt door er een voordeel van te maken. Ze ontwierpen hun emitters als extern gevoede vaste kegels met een specifieke hoek die verdamping gebruikt om de vloeistofstroom te regelen, wat resulteert in een spray met een hogere verhouding aan ladingsdragende moleculen. Ze hebben ook de tegenelektrode opnieuw ontworpen om boogvorming te voorkomen, waardoor een veilige verhoging van de aangelegde spanning mogelijk is, wat leidt tot meer geïoniseerde moleculen en verbeterde prestaties. Daarnaast ontwikkelden ze een goedkope printplaat met geïntegreerde digitale microfluïdica voor efficiënt druppeltransport.
Het team is van plan een prototype te maken waarin hun ionisator wordt gecombineerd met een 3D-geprint massafilter en werkt aan het verbeteren van 3D-geprinte vacuümpompen, essentieel voor een compacte massaspectrometer.