Mikrofluidyka jest nową i bardzo szybko rozwijającą się dziedziną nauki, opartą na połączeniu zasad fizyki, chemii, biologii, dynamiki płynów i mikroelektroniki. Zajmuje się badaniem i kontrolą płynów o niewielkiej objętości (stąd przedrostek mikro) w systemach hydraulicznych stworzonych w laboratorium. Takie zminiaturyzowane urządzenia w mikro skali są użytecznymi instrumentami do przeprowadzania reakcji chemicznych lub biochemicznych czy wykrywaniu różnych związków, a dzięki stosowaniu niewielkich ilości reagentów można drastycznie skrócić czas przeprowadzanych doświadczeń oraz zmniejszyć koszty. Technologia ta, mimo jej młodego wieku jest stosowana w życiu codziennym np. w domowych testach ciążowych, szybkich testach na obecność wirusów w tym testów na COVID-19, czy w monitorowaniu poziomu glukozy we krwi oraz w głowicach domowych drukarek atramentowych. W bionauce do określenia urządzeń stosujących mikrofluidykę stosuje się nazwę „Lab-on-a-chip”.
Laboratorium na chipie
Głównym założeniem technologii „Lab-on-a-chip” jest produkowanie małych urządzeń, które zastąpią całe laboratoria. Urządzenia mogą mieć rozmiary od kilku milimetrów do kilku centymetrów kwadratowych, zawierające kanały i komory reakcyjne, w których zachodzą reakcje chemiczne, na tej samej zasadzie jak z wykorzystaniem próbówek, tylko w tysiąc razy mniejszej objętości.
Chipy tworzone są z polidimetylosiloksanu zwanego PDMS. Jest to polimer mineralno-organiczny, który jest szeroko stosowany w mikrofluidyce głównie ze względu na to, że jest przezroczysty, co ułatwia obserwację wnętrza kanałów. Jego zaletami są także łatwość formowania, niski koszt oraz przepuszczalność dla gazów oddechowych.
Chcesz dowiedzieć się więcej o tej technologii? Odwiedź naszą stronę!
Tym co różni modele w mikro od makro skali są siły napięcia powierzchniowego [1] i naładowanie elektrostatyczne [2] powierzchni cieczy. Naukowcy muszą wziąć pod uwagę różnice zachodzące w tych układach, a następnie opisać teoretycznie złożone właściwości, co może utrudniać rozwój tej techniki. Dodatkowo, aby wywoływać i analizować procesy chemiczne zachodzące na chipie potrzeba wielu dodatkowych elementów takich jak: mikromechaniczne zawory, przepływomierze, dozowniki, reaktory, separatory, filtry, pompy, elementy grzejne czy czujniki temperatury i ciśnienia, które często nie podlegają miniaturyzacji.
Jednak porównując właściwości Lab-on-a-chip do tradycyjnych systemów badawczych, ich największymi zaletami są nie tylko obniżone koszty i stężenia reagentów, lecz także mniejsze zanieczyszczenie środowiska i obniżenie ilości wytwarzanych odpadów biologicznych i chemicznych oraz uzyskiwanie wiarygodnych statystycznie wyników. Dzięki tej metodzie być może możliwe będzie wykonywanie analiz medycznych w sposób spersonalizowany – przy łóżku pacjenta.
Obróbka plazmowa
Plazma jest czwartym stanem skupienia materii, przypominającym gaz, w którym znaczna część cząstek jest naładowana elektrycznie. W naturze można ją zaobserwować jako błyskawice i zorze polarne, natomiast w technologii, ze względu na swoje właściwości, znajduje zastosowanie w medycynie, technologii oczyszczania produktów żywnościowych oraz w przemyśle.
Obróbka plazmowa jest stosowana do poprawy właściwości powierzchniowych szerokiej gamy materiałów poprzez usuwanie zanieczyszczeń z powierzchni przed procesami produkcyjnymi.
Obróbka plazmowa wpływa na właściwości powierzchni m.in. podnosząc energię powierzchniową, powoduje jej dezynfekcję oraz modyfikuje obszar, aby przygotować go do dalszych procesów np. klejenia i malowania.
Dowiedz się więcej o zastosowaniach plazmy!
W mikrofluidyce obróbka plazmą ma duże znaczenie w końcowych etapach produkcji chipów. Umożliwia silne łączenie PDMS i szkła w celu zamknięcia układu mikrofluidycznego. W procesie tym na powierzchni PDMS powstają grupy (-OH) o właściwościach hydrofilowych [3], które wzmacniają silne wiązania kowalencyjne (Si- O-Si) w kontakcie z podłożem szklanym. Tak przygotowany chip jest gotowy do podłączenia go do systemów zbiorników i pomp.
Zobacz także: Piezobrush PZ3
[1] Napięcie powierzchniowe – zjawisko fizyczne występujące na styku dwóch powierzchni, przejawia się tym, że ciecz zachowuje się jak sprężysta błona.
[2] Naładowanie elektrostatyczne – oddziaływanie ciał posiadających ładunek elektryczny.
[3] Właściwości hydrofilowe – skłonność cząsteczek chemicznych do łączenia się z wodą.
Źródła:
Michał Laskowski, „Mikrofluidyka- technologia miniaturyzacji laboratorium”, 2011. Czasopismo: LAB Laboratoria, Aparatura, Badania.
Justyna Barys, Klaudia Majewska, „Mikrofluidyka – o bioreaktorach w mikroskali opowiada nam pan Artur Ruszczak”, 2013.
Autorka: Agata Jasińska
