Des chercheurs ont développé des kits de pompe péristaltique DIY imprimés en 3D pour la microfluidique

Le développement de systèmes microfluidiques pour les applications de laboratoire sur puce (LoC) et d’organes sur puce (OoC) nécessite un contrôle précis du débit de fluide. En règle générale, les débits sur puce sont contrôlés en intégrant une puce microfluidique avec des pompes externes qui délivrent un débit de fluide à l’échelle microscopique (généralement de l’ordre de ml/min) à travers les microcanaux. A cette fin, des dispositifs d’écoulement disponibles dans le commerce tels que des pompes à seringue d’extrusion, des pompes péristaltiques et des pompes pneumatiques ont été largement utilisés.

Malheureusement, les pompes existantes adaptées aux applications microfluidiques sont généralement encombrantes et coûteuses. Par exemple, les systèmes de débit à pression contrôlée coûtent jusqu’à 10 000 $ US, tandis que les pompes à seringue et les pompes péristaltiques coûtent des centaines à des milliers de dollars. Les pompes à faible encombrement sont préférées pour les applications LoC et OoC. Bien que les pompes miniatures soient disponibles dans le commerce, elles nécessitent des systèmes de contrôle exclusifs et coûteux (plus de 1 000 USD). Plus important encore, ces pompes disponibles dans le commerce ne se prêtent pas à la personnalisation. Étant donné que chaque expérience a des exigences uniques telles que le débit, l’environnement de travail et l’espace disponible, une personnalisation rapide de l’instrument profiterait aux utilisateurs.

Pour rendre les pompes microfluidiques plus accessibles à la communauté scientifique, des chercheurs du laboratoire Soft Fluidics de l’Université de technologie et de design de Singapour (SUTD) ont développé un « kit de pompe péristaltique imprimé en 3D hautement personnalisable », où les utilisateurs du monde entier peuvent téléchargez les fichiers de conception, imprimez en 3D et assemblez leur pompe péristaltique à faire soi-même (bricolage) (voir l’image).

« Les imprimantes 3D sont devenues de plus en plus abordables et constituent un produit de base que l’on trouve aujourd’hui dans la plupart des laboratoires scientifiques. Avec l’avancement des technologies d’impression 3D, les scientifiques n’ont plus à compter sur les fabricants pour fabriquer des composants ; ils peuvent concevoir et les imprimer eux-mêmes à un coût abordable. Nous observons lentement la démocratisation de la fabrication par la technologie d’impression 3D », a déclaré le professeur agrégé Michinao Hashimoto, chercheur principal du projet de SUTD.

La pompe péristaltique est alimentée et contrôlée par Arduino, une plate-forme électronique open source. “Avec l’introduction d’Arduino, le contrôle précis des moteurs devient accessible aux non-experts. Ces plates-formes électroniques open source permettent aux scientifiques ayant peu d’expérience en électronique et en programmation de construire des instrumentations scientifiques complexes”, a expliqué l’auteur principal Terry Ching, un étudiant diplômé avec SUTD et Université nationale de Singapour (NUS).

En combinant des pièces imprimées en 3D avec des plates-formes de prototypage électronique open source, l’équipe a construit une pompe péristaltique comparable aux options disponibles dans le commerce à une fraction du coût, environ 50 $ US par pompe. Les pompes assemblées offraient une large gamme de débits pour les utilisateurs de microfluidique (0,02 à 727,3 L/min). La pompe a également un faible encombrement d’environ 20 × 50 × 28 mm, qui peut être placé dans un incubateur à cellules. Notamment, la pompe est conçue sous la forme d’un kit, permettant aux utilisateurs finaux de personnaliser la configuration selon leurs préférences.

“Nous pensons qu’un kit a la capacité intrinsèque d’évoquer la culture du piratage et du bricolage. Espérons que cela puisse à son tour inspirer la communauté scientifique à développer une infrastructure scientifique plus open source”, a ajouté le professeur Hashimoto.

Les fichiers de conception assistée par ordinateur (CAO) avec des instructions détaillées pour fabriquer la pompe se trouvent dans leur dernière publication, « kit de pompe péristaltique imprimé en 3D hautement personnalisable » dans MatérielX.