Laser printing-enabled direct creation of cellular heterogeneity in lab-on-a-chip devices

Lab on a Chip ◽  
2019 ◽  
Vol 19 (9) ◽  
pp. 1644-1656 ◽  
Author(s):  
Ruitong Xiong ◽  
Wenxuan Chai ◽  
Yong Huang
Keyword(s):  
Lab On A Chip ◽  
Cellular Heterogeneity ◽  
Laser Printing ◽  
Forward Transfer ◽  
Organ On A Chip

Laser-induced forward transfer for printing of cellular heterogeneity in organ-on-a-chip devices.

scholarly journals A cost-effective micromilling platform for rapid prototyping of microdevices

TECHNOLOGY ◽  
2016 ◽  
Vol 04 (04) ◽  
pp. 234-239 ◽  
Author(s):  
Daniel P. Yen ◽  
Yuta Ando ◽  
Keyue Shen
Keyword(s):  
Rapid Prototyping ◽  
Low Cost ◽  
Lab On A Chip ◽  
Microfluidic Devices ◽  
Cost Effective ◽  
Multi Scale ◽  
Organ On A Chip

Micromilling has great potential in producing microdevices for lab-on-a-chip and organ-on-a-chip applications, but has remained under-utilized due to the high machinery costs and limited accessibility. In this paper, we assessed the machining capabilities of a low-cost 3-D mill in polycarbonate material, which were showcased by the production of microfluidic devices. The study demonstrates that this particular mill is well suited for the fabrication of multi-scale microdevices with feature sizes from micrometers to centimeters.

scholarly journals Διεπιφανειακά φαινόμενα αλληλεπιδράσης ηλεκτρικών πεδίων και υγρών σε υπερυδρόφοβες επιφάνειες

2015 ◽  
Author(s):  
Δημήτριος Παπαγεωργίου
Keyword(s):  
Lab On A Chip ◽  
Forward Transfer

Στην παρούσα διατριβή έγινε ανάπτυξη και μελέτη υδρόφοβων και υπερ-υδρό/υγρόφοβων επιστρώσεων με σκοπό τη βελτίωση των λειτουργικών χαρακτηριστικών διατάξεων του τύπου lab-on-a-chip, που αφορούν εν γένει στην αλληλεπίδραση μικροσταγόνων και τροποποιημένων επιφανειών (μεταβολή στην τραχύτητα και στη χημεία της επιφάνειας). Ειδικότερα μελετήθηκε η μετακίνηση μικροσταγόνων με την παρουσία ηλεκτρικού πεδίου.Η διατριβή περιέχει τρία μέρη σχετικά με τη τραχύτητα των επιστρώσεων που κατασκευάζονται και μελετώνται. Στο πρώτο μέρος γίνεται ανάπτυξη και μελέτη πρότυπης λείας επίστρωσης (σύνθετο υμένιο), στο δεύτερο, μελετώνται τραχείες υπερ-υδρό/υγρόφοβες επιστρώσεις, ενώ στο τρίτο μελετώνται περιπτώσεις συνδυασμού των δύο παραπάνω, όπου αναπτύσσεται το σύνθετο υμένιο ώστε να ακολουθεί την τραχεία τοπογραφία της επιφάνειας.Συγκεκριμένα, στο πρώτο μέρος μελετάται η αξιοπιστία λεπτών διηλεκτρικών με λεία υδρόφοβη επίστρωση που χρησιμοποιούνται σε συστήματα ηλεκτροδιαβροχής. Στην πλειονότητα των συστημάτων αυτών η δομή αποτελείται από ένα λεπτό κυρίως διηλεκτρικό στρώμα και μια υδρόφοβη επίστρωση, συνήθως Teflon®, μέσω επίστρωσης με περιστροφή. Για τη βελτίωση των λειτουργικών χαρακτηριστικών τέτοιων υδρόφοβων διηλεκτρικών, πραγματοποιείται, με χημική απόθεση από ατμό, επίστρωση φθορανθρακικού υμενίου η οποία προηγείται της τελικής επίστρωσης με Teflon®. Η προκύπτουσα πολυστρωματική δομή παρουσιάζει αντοχή στην ηλεκτρόλυση σε υψηλές εφαρμοζόμενες τάσεις με συνακόλουθη διατήρηση των αρχικών διηλεκτρικών ιδιοτήτων, όπως αποδείχθηκε πειραματικά από μετρήσεις ρευμάτων διαρροής από το διηλεκτρικό, βελτιώνοντας συνολικά την αξιοπιστία των υδρόφοβων διηλεκτρικών που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε διατάξεις ηλεκτροδιαβροχής.Στο δεύτερο μέρος, αναπτύσσεται και μελετάται υπερυγρόφοβη επίστρωση περιοδικής τραχύτητας. Οι υπερυγρόφοβες επιφάνειες, χαρακτηρίζονται από μεγάλη (>150°) γωνία επαφής και χαμηλή υστέρηση γωνίας επαφής, το οποίο σχετίζεται άμεσα με μειωμένη προσρόφηση στην επιφάνεια, ενζύμων και λοιπών μακρομορίων. Με τις υπερυγρόφοβες επιστρώσεις που κατασκευάστηκαν ικανοποιείται η απαίτηση περιορισμού της φυσικής προσρόφησης βιολογικού υλικού της σταγόνας στην επιφάνεια διατάξεων του τύπου surface microfluidics (μικρορευστονικές διατάξεις επιφανείας) και γίνεται επιτυχής διανομή μικροσταγόνων που περιείχαν TAQ-DNA πολυμεράση. Οι τραχείες υπερυγρόφοβες επιστρώσεις που κατασκευάστηκαν ευνοούν τη διαχείριση μικροσταγόνων (διανομή, μεταφορά, ανάμειξη, θερμικοί κύκλοι) που απαιτείται για την πραγματοποίηση βιοαναλύσεων, όπως η PCR, σε διατάξεις τέτοιου τύπου.Τέλος, στο τρίτο μέρος, μελετάται υπερυγρόφοβη επίστρωση τυχαίας τραχύτητας με νανοΰφανση με πλάσμα. Οι επιφάνειες αυτές έχουν εξαιρετικό ερευνητικό ενδιαφέρον γιατί μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε πολλές καινοτόμες τεχνολογικές εφαρμογές. Για το λόγο αυτό εξετάζεται η υδρο-/υγροφοβικότητα επιφανειών από PMMA που φέρουν ιεραρχικού τύπου τυχαία τραχύτητα έπειτα από εγχάραξη με πλάσμα οξυγόνου (νανοΰφανση) και απόθεση λεπτού στρώματος πλάσματος φθοράνθρακα. Προς επίτευξη ανθεκτικών επιφανειών, μελετώνται τόσο η δομική ευστάθεια της τραχύτητας (μεταβολή στην επιφανειακή μορφολογία υπό την επίδραση τριχοειδών δυνάμεων κατά τη διάρκεια διαδικασίας εμβάπτισης-στεγνώματος σε νερό) όσο και η επίδραση της πίεσης, του είδους του υγρού και του ηλεκτρικού πεδίου στις μεταβολές των καταστάσεων διαβροχής πάνω σε δομικά ευσταθείς επιφάνειες.Σε όλη την έκταση της διατριβής γίνεται συγκριτική μελέτη των παραπάνω υδρό-/υγρόφοβων επιστρώσεων με διαφορετικές πειραματικές μεθόδους μερικές από τις οποίες είναι χαρακτηριστικές καμπύλες γωνίας επαφής-επιβαλλόμενης τάσης, διαδοχικούς κύκλους ηλεκτροδιαβροχής, δοκιμασίες ηλεκτρικής αντοχής, παρατήρηση με οπτικό μικροσκόπιο, δοκιμασίες Νανο-χαραγής, μετρήσεις AFM και παρατήρηση με SEM, μετρήσεις γωνιών επαφής, μετρήσεις υστέρησης γωνίας επαφής, οπτική παρατήρηση της επιφάνειας με συμβατική CCD κάμερα, μετρήσεις γωνιών επαφής ύστερα από ηλεκτρική κόπωση κ.α. Στόχος είναι να αναδειχθεί η πλέον κατάλληλη επίστρωση που ευνοεί τόσο την αποτελεσματική διαχείριση μικροσταγόνων πάνω σε αυτές όσο και τον έλεγχο των καταστάσεων διαβροχής τους με απώτερο στόχο τη βελτίωση των λειτουργικών χαρακτηριστικών διατάξεων του τύπου lab-on-a-chip.Προς αυτή την κατεύθυνση, μετά την κατασκευή και μελέτη των κατάλληλων επιστρώσεων που απεδείχθη ότι ευνοούν τη διαχείριση μικροσταγόνων χωρίς αλλά κυρίως με ηλεκτρικό πεδίο, μελετήθηκε ένας εναλλακτικός τρόπος με τον οποίο μπορεί να επιτευχθεί αποδοτική ρύθμιση των καταστάσεων διαβροχής τραχειών επιφανείων. Αποδείχθηκε ότι η τεχνική Laser Induced Forward Transfer μπορεί να αποτελέσει πολύτιμο εργαλείο για την κατανόηση της δυναμικής της πρόσκρουσης σταγόνων σε στερεές επιφάνειες, γεγονός με ιδιαίτερο ενδιαφέρον για αρκετές τεχνολογικές εφαρμογές.

Study of Overlapping Adjacent Jets for Effective Laser-Induced Forward Transfer Printing

2020 ◽  
Vol 143 (4) ◽  
Author(s):  
Marc Sole-Gras ◽  
Ruitong Xiong ◽  
Changxiao Liang ◽  
William Roorda ◽  
Hitomi Yamaguchi ◽  
...  
Keyword(s):  
Laser Pulses ◽  
Time Interval ◽  
Material System ◽  
Laser Printing ◽  
Optical Scanner ◽  
Material Deposition ◽  
Forward Transfer ◽  
Laser Frequencies ◽  
Deposition Processes ◽  
Viscous Solutions

Abstract Laser-induced forward transfer (LIFT) is a well-established, versatile additive manufacturing technology for orifice-free printing of highly viscous solutions and suspensions. In order to improve the efficiency of point-wise LIFT printing, an optical scanner is integrated into the laser printing system to enable the formation of overlapping adjacent jets used for deposition. The objective of this study is to evaluate the ejection behavior and deposition performance under such conditions during LIFT printing for further improvement. The effects of the overlap of adjacent jets are investigated in terms of jet formation and material deposition processes, capturing the jet tilting phenomenon caused by the perturbance induced by previously formed jet(s). The feasibility of optical scanner-assisted LIFT printing of viscous metal-based ink suspension has been successfully demonstrated during conductive line printing with induced overlapping jets. Investigation of various overlap ratios of adjacent jets found that a 30% jet overlap and a 133 µs time interval between laser pulses are optimal, in terms of deposition quality and ejection stability, even when a tilted jet ejection is present for the laser and material system in this study. Furthermore, multilayer polygonal and interdigitated structures are successfully deposited under these identified printing conditions. With the inclusion of an optical scanner, LIFT printing efficiency for viscous inks can be improved as the usage of higher laser frequencies is enabled, providing a faster orifice-free laser printing methodology.

Organ-on-a-chip systems: translating concept into practice

Lab on a Chip ◽  
2020 ◽  
Vol 20 (17) ◽  
pp. 3072-3073
Author(s):  
Michael L. Shuler
Keyword(s):  
Lab On A Chip ◽  
Thought Leader ◽  
Organ On A Chip

Thought leader Michael Shuler provides an update on the Lab on a Chip thematic collection organ-on-a-chip systems: translating concept into practice.

scholarly journals Laser induced forward transfer of conducting polymers

2010 ◽  
Vol 18 (4) ◽  
Author(s):  
M. Kandyla ◽  
S. Chatzandroulis ◽  
I. Zergioti
Keyword(s):  
Conducting Polymers ◽  
Organic Solar Cells ◽  
Solid Phase ◽  
Active Material ◽  
Laser Printing ◽  
Forward Transfer ◽  
Polyaniline Films ◽  
Quartz Substrates ◽  
Printing Parameters

AbstractWe report on laser printing of conducting polymers directly from the solid phase. Laser induced forward transfer is employed to deposit P3HT:PCBM films on glass/ITO/PEDOT:PSS substrates. P3HT:PCBM is widely used as the active material in organic solar cells. Polyaniline films, which are also printed by laser induced forward transfer, find many applications in the field of biotechnology. Laser printing parameters are optimized and results are presented. To apply solid-phase laser printing, P3HT:PCBM films are spun cast on quartz substrates, while aniline is in-situ polymerized on quartz substrates.

Nanotechnology-assisted microfluidic systems: from bench to bedside

Nanomedicine ◽  
2021 ◽  
Vol 16 (3) ◽  
pp. 237-258
Author(s):  
Navid Rabiee ◽  
Sepideh Ahmadi ◽  
Yousef Fatahi ◽  
Mohammad Rabiee ◽  
Mojtaba Bagherzadeh ◽  
...  
Keyword(s):  
Point Of Care ◽  
Lab On A Chip ◽  
Medical Applications ◽  
Next Generation ◽  
Wide Spread ◽  
Microfluidic Systems ◽  
Collective Attention ◽  
Increased Sensitivity ◽  
Organ On A Chip ◽  
Global Population

With significant advancements in research technologies, and an increasing global population, microfluidic and nanofluidic systems (such as point-of-care, lab-on-a-chip, organ-on-a-chip, etc) have started to revolutionize medicine. Devices that combine micron and nanotechnologies have increased sensitivity, precision and versatility for numerous medical applications. However, while there has been extensive research on microfluidic and nanofluidic systems, very few have experienced wide-spread commercialization which is puzzling and deserves our collective attention. For the above reasons, in this article, we review research advances that combine micro and nanotechnologies to create the next generation of nanomaterial-based microfluidic systems, the latest in their commercialization success and failure and highlight the value of these devices both in industry and in the laboratory.

scholarly journals Laser-induced Forward Transfer Hydrogel Printing: A Defined Route for Highly Controlled Process

2020 ◽  
Vol 6 (3) ◽  
Author(s):  
Vladimir Yusupov ◽  
Semyon Churbanov ◽  
Ekaterina Churbanova ◽  
Ksenia Bardakova ◽  
Artem Antoshin ◽  
...  
Keyword(s):  
Laser Fluence ◽  
High Speed ◽  
Laser System ◽  
Spot Size ◽  
Laser Spot ◽  
Turbulent Regime ◽  
Laser Spot Size ◽  
Viscosity Change ◽  
Laser Printing ◽  
Forward Transfer

Laser-induced forward transfer is a versatile, non-contact, and nozzle-free printing technique which has demonstrated high potential for different printing applications with high resolution. In this article, three most widely used hydrogels in bioprinting (2% hyaluronic acid sodium salt, 1% methylcellulose, and 1% sodium alginate) were used to study laser printing processes. For this purpose, the authors applied a laser system based on a pulsed infrared laser (1064 nm wavelength, 8 ns pulse duration, 1 – 5 J/cm2 laser fluence, and 30 μm laser spot size). A high-speed shooting showed that the increase in fluence caused a sequential change in the transfer regimes: No transfer regime, optimal jetting regime with a single droplet transfer, high speed regime, turbulent regime, and plume regime. It was demonstrated that in the optimal jetting regime, which led to printing with single droplets, the size and volume of droplets transferred to the acceptor slide increased almost linearly with the increase of laser fluence. It was also shown that the maintenance of a stable temperature (±2°C) allowed for neglecting the temperature-induced viscosity change of hydrogels. It was determined that under room conditions (20°C, humidity 50%), the hydrogel layer, due to drying processes, decreased with a speed of about 8 μm/min, which could lead to a temporal variation of the transfer process parameters. The authors developed a practical algorithm that allowed quick configuration of the laser printing process on an applied experimental setup. The configuration is provided by the change of the easily tunable parameters: Laser pulse energy, laser spot size, the distance between the donor ribbon and acceptor plate, as well as the thickness of the hydrogel layer on the donor ribbon slide.

scholarly journals Evolution of Biochip Technology: A Review from Lab-on-a-Chip to Organ-on-a-Chip

Micromachines ◽  
2020 ◽  
Vol 11 (6) ◽  
pp. 599 ◽  
Author(s):  
Neda Azizipour ◽  
Rahi Avazpour ◽  
Derek H. Rosenzweig ◽  
Mohamad Sawan ◽  
Abdellah Ajji
Keyword(s):  
Disease Modeling ◽  
Biomedical Application ◽  
Lab On A Chip ◽  
In Vitro Models ◽  
Future Perspectives ◽  
Versatile Tool ◽  
Organ On A Chip ◽  
Review Current

Following the advancements in microfluidics and lab-on-a-chip (LOC) technologies, a novel biomedical application for microfluidic based devices has emerged in recent years and microengineered cell culture platforms have been created. These micro-devices, known as organ-on-a-chip (OOC) platforms mimic the in vivo like microenvironment of living organs and offer more physiologically relevant in vitro models of human organs. Consequently, the concept of OOC has gained great attention from researchers in the field worldwide to offer powerful tools for biomedical researches including disease modeling, drug development, etc. This review highlights the background of biochip development. Herein, we focus on applications of LOC devices as a versatile tool for POC applications. We also review current progress in OOC platforms towards body-on-a-chip, and we provide concluding remarks and future perspectives for OOC platforms for POC applications.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document