Новая технология позволяет массово производить микрочастицы с управляемым высвобождением веществ, обходя дорогие чистые комнаты и ограничения классического микроэлектронного производства
Учёные MIT разработали недорогую технологию 3D-печати микроскопических электронных форсунок, которые могут в будущем использоваться для создания лекарственных микрочастиц с контролируемым высвобождением вещества, а также «самовосстанавливающихся» материалов.
Речь идёт о трёхосевых электроспрей-эмиттерах (triaxial electrospray emitters). Это устройства, которые с помощью электрического поля одновременно подают три несмешивающиеся жидкости через систему микроскопических каналов и формируют капли с тремя вложенными слоями.
Такие многослойные капли затем можно превращать в микрочастицы, где каждый слой выполняет свою функцию. Например, внешний слой может растворяться в желудке, средний — регулировать скорость высвобождения, а внутренний — доставлять активное лекарство в нужный участок кишечника.
Проблема в том, что традиционно такие устройства требуют дорогого производства в чистых комнатах с использованием полупроводниковых технологий, что делает их сложными и дорогими для масштабирования.
Команда MIT предложила альтернативу — 3D-печать массивов эмиттеров. Они создали компактные устройства с 16 форсунками на площади около 1 см2, внутри которых сформирована сложная сеть трёхмерных микроканалов, равномерно распределяющих жидкости.
Вместо многоступенчатого производства используется процесс vat photopolymerization, при котором ультрафиолетовый свет послойно «запекает» фотополимерную смолу. В результате весь сложный массив можно напечатать за несколько часов.
Каждый слой устройства имеет толщину около 25 микрометров, а внутренние спиральные каналы позволяют поддерживать равномерный поток жидкости ко всем форсункам, обеспечивая стабильное формирование капель.
В испытаниях такие 3D-печатные массивы стабильно создавали однородные трёхслойные микрокапли, что критично для массового производства лекарственных частиц, биосенсоров и материалов для регенерации тканей. В MIT отмечают, что подобную геометрию невозможно было бы реализовать в классических чистых комнатах, что делает 3D-печать ключевым фактором появления технологии.
Если метод удастся масштабировать, то он сможет упростить производство сложных микрочастиц для медицины и материаловедения, а также снизить стоимость технологий, которые сейчас ограничены лабораторным уровнем.