Доступное оборудование превосходит нынешние модели высокого класса и может в будущем привести к созданию экономически эффективного устройства для домашнего мониторинга здоровья.
Кредиты: Изображение: предоставлено исследователями
Масс-спектрометрия — мощный метод идентификации химических компонентов в образцах, который полезен для мониторинга хронических заболеваний, таких как гипотиреоз. Однако его высокая стоимость, часто исчисляемая сотнями тысяч долларов, ограничивает его использование лабораториями, что усложняет лечение хронических заболеваний.
Исследователи Массачусетского технологического института совершили прорыв, напечатав на 3D-принтере недорогой ионизатор, важнейший компонент масс-спектрометров, который превосходит существующие версии. Это компактное устройство можно производить серийно и интегрировать в спектрометры с помощью роботизированной сборки, что делает его более экономичным, чем традиционные ионизаторы. Процесс 3D-печати позволяет точно контролировать форму устройства и использовать специальные материалы для повышения его производительности.
Недорогое оборудование
Исследователи использовали 3D-печать и стратегическую оптимизацию, чтобы создать недорогой электрораспылительный излучатель для масс-спектрометрии, который превосходит по производительности современные ионизаторы. Они изготовили эмиттер из металла с помощью струйной обработки связующего — процесса, при котором объект строится слой за слоем путем распыления клея на полимерной основе через крошечные сопла на слой порошкообразного материала. Затем объект нагревают, чтобы испарить клей и закрепить порошок. После этого эмиттеры подвергаются электрополировке для повышения остроты и покрываются нанопроволоками из оксида цинка, которые обеспечивают необходимую пористость для эффективной фильтрации и транспортировки жидкости.
Нестандартное мышление
Команда решила проблему испарения жидкости в электрораспылительных эмиттерах, которая может вызвать засорение, превратив это в преимущество. Они разработали свои эмиттеры в виде твердых конусов с внешней подачей и определенным углом, который использует испарение для управления потоком жидкости, в результате чего получается распыление с более высоким соотношением молекул, несущих заряд. Они также изменили конструкцию противоэлектрода, чтобы предотвратить образование дуги, что позволило безопасно увеличить приложенное напряжение, что привело к большей ионизации молекул и улучшению производительности. Кроме того, они разработали недорогую печатную плату со встроенной цифровой микрофлюидикой для эффективного транспорта капель.
Команда планирует создать прототип, сочетающий ионизатор с масс-фильтром, напечатанным на 3D-принтере, и работает над улучшением вакуумных насосов, напечатанных на 3D-принтере, необходимых для компактного масс-спектрометра.