Nouvelle technique microfluidique pour mesurer le module élastique de la microfibre pour de larges applications d'ingénierie biomédicale

Une équipe d'ingénierie de l'Université de Hong Kong (HKU) a développé une nouvelle technique microfluidique capable d'améliorer considérablement les applications en science des matériaux et en génie biomédical.

En utilisant le phénomène de « enroulement de corde » dans les canaux microfluidiques, la technique innovante offre une solution prometteuse pour évaluer la flexibilité des microfibres élastiques à haut débit. Il peut mesurer efficacement les modules d'élasticité, qui sont des déterminants des performances mécaniques dans la croissance cellulaire, la réplication de l'ADN, la conception musculaire artificielle des robots biomimétiques, et bien plus encore, des microfibres.

Ces microfibres sont des composants clés de divers produits de haute technologie et médicaux et de structures biologiques, telles que le cytosquelette, la soie d'araignée et les fibres optiques.

La nouvelle technique microfluidique a été développée par le professeur Anderson HC Shum et le Dr Yuan Liu du Département de génie mécanique de HKU, en collaboration avec le professeur Howard A. Stone et le Dr Janine K. Nunes, scientifiques de l'Université de Princeton, et le Dr Jack. HY Lo de l’Université King Fahd du Pétrole et des Minéraux.

Les résultats ont été publiés dans le Actes de l'Académie nationale des sciencesintitulé “Mesure à haut débit des modules élastiques des microfibres par enroulement de corde”.

La nouvelle approche élimine le besoin de manipulation manuelle des échantillons en utilisant une corrélation quantitative entre les modules élastiques et le rayon d’enroulement. Cela permet de mesurer 3 300 fibres par heure, ce qui représente une amélioration substantielle par rapport aux méthodes existantes et permet une multiplication par mille par rapport à l'utilisation d'un appareil d'essai de traction classique.

Cette avancée réduit considérablement le processus long et exigeant en compétences de chargement et de déchargement des échantillons, ce qui est particulièrement bénéfique pour les échantillons minuscules et fragiles, tels que les bactéries filamenteuses, les filaments d'actine, l'ADN, les nanotubes de carbone et les microfibres fonctionnelles.

“Notre approche simplifie non seulement le processus de test, mais intègre également les phases de fabrication et de test”, a déclaré le professeur Shum.

« Grâce aux capacités de mesure en ligne, qui associent la « fabrication des microfibres » et la « mesure du module élastique » sur la même ligne de traitement, nous pouvons désormais mesurer le module élastique de chaque fibre immédiatement après la production. Cela permet une identification et une correction immédiates. des défauts en ajustant les variables du processus, telles que l'intensité des UV, en temps réel.

“Par exemple, pour maintenir un module constant, une diminution du rayon d'enroulement en aval déclencherait une augmentation de l'intensité des UV en amont, servant de mécanisme de rétroaction pour corriger les défauts de production. D'autre part, les modules d'élasticité peuvent également être contrôlés par les intensités des UV. léger, garantissant une qualité de produit constante”, a ajouté le professeur Shum.

De plus, la méthode est non destructive, éliminant le besoin de lier les extrémités des fibres aux fixations, comme l'exigent les essais de traction conventionnels. Cette caractéristique est particulièrement avantageuse lorsqu’il s’agit de fibres présentant des modules élastiques non uniformes, qui nécessitent traditionnellement une segmentation en plusieurs parties pour une évaluation individuelle.

Pour l’avenir, l’équipe est optimiste quant à l’adaptation de cette méthode à des fibres encore plus petites, y compris celles ayant des diamètres submicroniques telles que les filaments d’ADN et d’actine.

“Ajuster la configuration microfluidique et la dynamique des fluides pour s'adapter aux fibres plus petites présente certains défis techniques, mais c'est tout à fait réalisable”, a déclaré le Dr Liu.