Fig. 1 日本東京大學(xué) 竹內(nèi)昌治 教授及其研究團(tuán)隊(duì)在

Lab on a Chip雜志上發(fā)表封面文章

近年來(lái)，與細(xì)胞膜信號(hào)和物質(zhì)傳輸有關(guān)的膜蛋白（membrane proteins），受到藥物開(kāi)發(fā)人員的廣泛關(guān)注。由于具有極高的特異性（specificity）以及對(duì)配體分子（ligand molecules）的敏感性，膜蛋白還有望用于各類化學(xué)傳感器。在實(shí)際操作中，膜蛋白需要雙層脂膜（lipid bilayer）作為載體。在過(guò)去，研究人員主要利用機(jī)加工或光刻等MEMS器件的加工方法，來(lái)制作具有“雙空腔結(jié)構(gòu)”（double-well chamber，DW）的微型器件，并通過(guò)“液滴接觸法”（droplet contact method，DCM）來(lái)制作雙層脂膜。隨著3D打印技術(shù)的快速發(fā)展，也有越來(lái)越多的研究人員嘗試使用3D打印來(lái)制作類似微型器件。

最近，東京大學(xué)著名學(xué)者竹內(nèi)昌治教授所帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)，研究了3種不同的3D打印技術(shù)用于雙層脂膜制備（fabrication of lipid bilayer devices）及其用于膜蛋白檢測(cè)（measurement of membrane proteins）的可行性。研究成果以“3D printed microfluidic devices for lipid bilayer recordings”為題，作為封面文章發(fā)表在Lab on a Chip期刊上。

Fig. 2 （a）DCM裝置示意圖；（b）3D打印制作DCM微型器件

這項(xiàng)研究從以下三個(gè)方面進(jìn)行：

1. 利用3D打印DCM微型器件制備雙層脂膜的成功率。研究人員利用3種不同的3D打印技術(shù)，分別制作了特殊的DCM器件，其中包含厚度為40μm /80μm /200μm的薄壁結(jié)構(gòu)。利用PμSL高精密3D打?。Ψ骄埽琺icroArch S140）技術(shù)制作的DCM器件，實(shí)際尺寸與設(shè)計(jì)值的偏差只有6%，表面粗糙度低至0.27±0.02μm，在制備雙層脂膜時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)高達(dá)93%的成功率。

Fig. 3 不同3D打印樣品的尺寸精度及表面粗糙度

（microArch為摩方精密 S140打印機(jī)）

2. 分別對(duì)由3D打印及傳統(tǒng)方法制作的DCM器件進(jìn)行性能對(duì)比。研究指出，通過(guò)電噪聲振幅（amplitude of electrical noise）及雙層脂膜成型時(shí)間（waiting time for lipid bilayer formation）的比較，3D打印所制作的器件能實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)方法較為一致的性能，即可靈敏、快速地獲取離子通道信號(hào)（ion channel signals）。

3. 3D打印技術(shù)在DCM領(lǐng)域的拓展應(yīng)用。通過(guò)微流控一體成型（monolithic fabrication）制備不同的DCM器件（如DW結(jié)構(gòu)、DW與雙管道串聯(lián)結(jié)構(gòu)、多空腔DW結(jié)構(gòu)）用于溶液混合以及電信號(hào)的并行記錄，研究人員指出,3D打印技術(shù)能夠快速、便捷、一體成型制作傳統(tǒng)方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，在藥物開(kāi)發(fā)和化學(xué)傳感器等方面將會(huì)有非常大的應(yīng)用前景。

Fig. 4 摩方精密的S140所打印的DCM器件

https://doi.org/10.1039/D1LC01077H

來(lái)源: 高分子科學(xué)前沿