Penser en dehors de la puce : Concevoir et développer la microfluidique

May 11, 2023

par Steve Green

25 mai 2023

10:15

Steve Green, responsable de la conception chez Oxford Product Design, explore certains défis moins discutés dans la conception et le développement de dispositifs microfluidiques pour les soins de santé.

Shutterstock

ébrécher

D'une manière générale, la microfluidique implique le comportement, la manipulation et le contrôle de fluides qui sont contraints dans une très petite géométrie, généralement à l'échelle du micromètre. Dans l'industrie médicale, la microfluidique est devenue un outil de plus en plus important pour plusieurs applications.

L'un des principaux avantages de la microfluidique est sa capacité à traiter de très petites quantités de matériel biologique, comme le sang ou la salive. Cela peut être particulièrement utile pour les tests de diagnostic pour prélever de petits échantillons.

En permettant aux chercheurs et aux cliniciens de manipuler et d'analyser de petits volumes de matériel biologique avec une précision et une exactitude élevées, la microfluidique contribue à faire progresser les diagnostics, la découverte de médicaments et la médecine personnalisée.

Dans le diagnostic, la microfluidique est largement utilisée lors du développement de systèmes de point de service, qui peuvent être utilisés pour détecter rapidement des maladies ou des conditions dans un cadre clinique. Ces appareils peuvent être conçus pour être portables, peu coûteux par test, faciles à utiliser et rapides à obtenir, ce qui les rend idéaux pour les situations d'urgence.

C'est un domaine passionnant et en évolution rapide avec un énorme potentiel pour révolutionner la façon dont nous abordons les soins de santé, recevant beaucoup d'attention de la part des médias, des universités et des investisseurs en capital-risque. Bien que certains appareils commencent à pénétrer le marché, la réalisation de ces avantages ne reflète peut-être pas encore l'argent et les efforts investis.

Un défi évident qui attire une grande partie des efforts et de l'attention au cours du développement est celui du dispositif microfluidique (ou « puce ») lui-même. L'interaction entre la dynamique des fluides, la chimie de surface et les techniques de microfabrication, ainsi que la compréhension de la physique et de la chimie sous-jacentes constituent un obstacle technique absorbant l'attention. En outre, l'exigence de résultats fiables, reproductibles et évolutifs nécessite un équilibre et une optimisation soigneux des efforts tout au long du processus de conception et de développement.

Cependant, la « puce » microfluidique n'est qu'une petite partie du système plus vaste et l'intégration de ces dispositifs avec d'autres composants et exigences peut être difficile.

Voici quelques aspects des systèmes microfluidiques qui tombent "en dehors de la puce" et qui ne doivent pas être ignorés :

Systeme d'intégration: Dans de nombreux cas, les systèmes microfluidiques doivent être intégrés à des systèmes externes, tels que des pompes, des vannes et des capteurs.

Interfaces : L'écoulement du fluide est entraîné par des gradients de pression. La conception de connexions fluidiques et d'interfaces propres, fiables, sans fuite et faciles à utiliser peut représenter un défi technique important.

Contrôles (détection et rétroaction) : Pour obtenir un contrôle en boucle fermée sur les systèmes microfluidiques, il est souvent nécessaire d'incorporer des capteurs et des mécanismes de rétroaction. Cela peut être difficile en raison de la petite taille du système, qui peut nécessiter le développement de technologies de détection spécialisées pouvant fonctionner à l'échelle microscopique.

Stabilité et robustesse : Les systèmes microfluidiques peuvent être sensibles aux changements des conditions environnementales, telles que la température, l'humidité et les vibrations. Le développement de systèmes stables et robustes nécessite une conception soignée des composants et des matériaux, ainsi que des algorithmes de contrôle avancés.

Présentation de l'échantillon : L'introduction d'échantillons biologiques dans des dispositifs microfluidiques présente des défis tels que la préparation, la manipulation et le stockage des échantillons ; volume et concentration de l'échantillon ; contamination et réactivité croisée; et le développement et la validation d'essais. Ces défis doivent être soigneusement gérés pour garantir que les dispositifs microfluidiques produisent des résultats fiables et précis.

Interface utilisateur et expérience utilisateur : Dans un contexte clinique ou de recherche, les dispositifs microfluidiques doivent être faciles à utiliser et intuitifs pour les utilisateurs finaux. Le développement d'interfaces utilisateur claires, concises et fournissant des commentaires pertinents peut constituer un défi de conception important.

Approbation et adoption : Bien qu'il y ait des raisons d'être optimiste quant à l'ouverture et à l'efficacité des systèmes, c'est à juste titre une évolution lente et peu risquée. Facilitez la tâche de toutes les personnes impliquées en comprenant votre marché et en planifiant votre parcours d'approbation dès le départ.

Ce ne sont là que quelques-uns des défis à relever et la complexité de ce paysage de développement explique en partie l'écart entre l'innovation et la mise en œuvre de tels dispositifs sur le terrain.

Cependant, les avantages potentiels de la microfluidique font du parcours de développement un investissement de temps et d'énergie utile et percutant, il ne fait donc aucun doute que c'est l'avenir. La question est de savoir comment mettre de tels appareils sur le marché de la manière la plus efficace et efficiente ?

Stratégie: Il est essentiel d'avoir une stratégie claire et bien communiquée pour s'assurer que l'appareil répond à l'application et aux exigences prévues. Il aide à identifier les défis clés, les ressources et les étapes nécessaires à un développement réussi. Rappelez-vous qu'une stratégie doit être flexible et adaptable.

Collaboration:rassembler des experts de différentes disciplines ayant des compétences et des connaissances complémentaires est essentiel car cela permet l'intégration de diverses perspectives, ce qui peut conduire à des solutions plus créatives et innovantes à des défis complexes.

Dans le développement d'un appareil, très peu de ces défis sont résolus pour la première fois. Si les start-ups, les multinationales, les prestataires de services, les fournisseurs et l'industrie peuvent trouver des moyens de travailler ensemble de manière plus efficace et efficiente, alors les efforts dans le domaine de la microfluidique deviendront plus susceptibles de porter leurs fruits.

Oxford Product Design exposera à Med-Tech Innovation Expo sur le stand C29 les 7 et 8 juin au NEC de Birmingham. Inscrivez-vous GRATUITEMENT sur www.med-techexpo.com.

par Steve Green

25 mai 2023

10:15