Joe La Fiandra
Université du Maryland College Park (UMCP)
Spécialisation : Bio-ingénierie
Mineure : Leadership mondial en ingénierie
Générateurs de gradient de concentration microfluidique
De nombreux processus biochimiques dans les organismes biologiques sont contrôlés par des gradients de concentration. De la migration cellulaire à la prolifération des médicaments, les gradients de concentration font partie intégrante du transport d'une vaste gamme de substances dans tout le corps. Jusqu'à récemment, les plateformes de génération de gradient de concentration (CGG) étaient tout simplement trop grandes pour contrôler la diffusion moléculaire des réactifs, ce qui entraînait un mélange prématuré des fluides (source). En raison de leur taille prohibitive, les CGG précédents empêchaient la réplication identique des volumes et des débits trouvés in vivo, altérant ainsi les données expérimentales relatives aux gradients biochimiques microscopiques. Par conséquent, la modélisation des gradients à l'échelle microscopique est extrêmement précieuse pour comprendre ces interactions complexes et les mécanismes qui les rendent possibles.
Grâce à des technologies innovantes de prototypage rapide, Potomac Photonics a développé un procédé de fabrication de générateurs de gradient de concentration microfluidiques ( µ -CGG). Construit sur un substrat en polydiméthylsiloxane (PDMS) lié au verre, ce dispositif fournit une méthode peu coûteuse et facilement exécutable pour étudier les mécanismes pilotés par gradient. Cette plate-forme exploite le flux laminaire, un phénomène de dynamique des fluides et les géométries dynamiques des fluides nécessaires pour contrôler le mouvement des réactifs. Dans le µ -CGG, les caractéristiques serpentines permettent une diffusion contrôlée des réactifs, formant des mélanges de concentrations variables dans tout le dispositif. Conçu avec un réseau en forme d'arbre, le µ -CGG reproduit l'expérience 39 fois à des concentrations variables sur la même puce pour créer le gradient vu sur l'image. En utilisant des débits et des volumes d'un ordre de grandeur micro, les µ -CGG imitent un environnement presque identique à celui d'un gradient de concentration biochimique naturellement présent dans les organismes biologiques.
Bien que cette conception µ -CGG n'utilise que 39 nœuds dans son réseau de flux, la polyvalence, le potentiel de conception et le faible coût de fabrication du dispositif microfluidique permettent une multitude d'ajustements pour compliquer ou simplifier un µ -CGG. La taille même d'un dispositif microfluidique est suffisante pour permettre aux µ -CGG multicouches de contenir plusieurs gradients qui s'écoulent les uns dans les autres, ou différents niveaux de flux résultant en des dizaines de combinaisons de plusieurs réactifs. La facilité de fabrication des µ -CGG est particulièrement précieuse. Principalement constitués d'élastomères et de thermoplastiques, les µ -CGG peuvent être fabriqués dans des substrats aux propriétés matérielles spécifiques qui permettent la survenue de réactions chimiques complexes à un coût relativement faible. En tirant parti de tous ces attributs, les ingénieurs peuvent concevoir des µ -CGG selon leurs spécifications uniques sur une seule puce, réduisant ainsi le temps, les matériaux et le personnel nécessaires à la configuration expérimentale et augmentant le volume de données précises sur un dispositif concis.
