۶ گرایش تکنولوژی که باید در سال ۲۰۱۹ با آنها آشنا باشید.
۱۷ آبان ۱۳۹۸

 

میکروفلوئیدیک

اصطلاح میکروفلوئیدیک مربوط به طراحی و مطالعه دستگاه‌­هایی است که مقدار خیلی کمی از مایع، کمتر از یک قطره، را حرکت داده و آنالیز می­‌کند. دستگاه­های میکروفلوئیدیک دارای میکروکانال­هایی با عرض کمتر از یک میکرومتر تا چند میلی­متر هستند. برای مقایسه، موی انسان تقریبا ۱۰۰ میکرومتر ضخامت دارد. از میکروفلوئیدیک به طور گسترده­ای در علوم زیستی استفاده می­شود؛ به دلیل اینکه با استفاده از این تکنیک نیاز به حجم نمونه، واکنش‌دهنده یا کاتالیزگر بالا نداریم و همین کاهش چشمگیر مقادیر، موجب کاهش ابعادی دستگاه، هزینه‌ها و زمان انجام واکنش می‌شود در حالی که دقت تشخیصی آن افزایش یافته و کنترل شرایط موثر در واکنش نیز راحت‌تر شده است. دستگاه­های “آزمایشگاه روی تراشه” (Lab on a Chip) از روش میکروفلوئیدیک برای کاربردهایی مانند “تست ﻧﻘﻄﻪ­ ﻣﺮاقبت” (Point of Care testing) بیماری­ها یا مطالعات “ارگان روی تراشه” (Organ on a Chip) استفاده می­‌کند.

 

نحوه عملکرد میکروفلوئیدیک

سیستم­های میکروفلوئیدیک با استفاده از پمپ و تراشه کار می­کنند. انواع مختلفی از پمپ­ها بدقت مایعات را درون تراشه با سرعت ۱ میکرولیتر بر دقیقه تا ۱۰،۰۰۰ میکرولیتر بر دقیقه حرکت می­‌دهند. برای مقایسه، یک قطره آب کوچک در حدود ۱۰ میکرولیتر است. در داخل تراشه میکروکانال­هایی وجود دارند که امکان انجام فرایندهایی بر روی مایعات، مانند مخلوط کردن و واکنش­های شیمایی یا فیزیکی را فراهم می­‌کند. این مایعات ممکن است حاوی ذرات ریز مانند سلول­ها یا نانوذرات باشند. دستگاه­ میکروفلوئیدیک انجام فرایندی مانند به دام انداختن و جمع‌­آوری سلول­های سرطانی از سلول­های طبیعی در خون را فراهم می­سازد.

 

 

تراشه میکروفلوئیدیک

تراشه میکروفلوئیدیک معمولا شفاف است و طول یا عرض آن از ۱ سانتی­متر تا ۱۰ سانتی­متر است. ضخامت تراشه از حدود ۰/۵ میلی­متر تا ۵ میلی‌متر متغییر است. تراشه‌های میکروفلوئیدیک دارای میکروکانال­ها هستند که به واسطه­ی حفرهای ورودی و خروجی با محیط اطراف در ارتباط هستند. تراشه‌­های میکروفلوئیدیک از مواد ترمولاستیک مانند اکریلیک، شیشه، سیلیکون و یا لاستیک سیلیکونی شفاف به نام PDMS ساخته می­شوند.

 

روش ساخت تراشه میکروفلوئیدیک

تراشه‌­های میکروفلوئیدیک معمولا با ایجاد شیارهای باریک یا چاه‌­های کوچک روی سطح یک لایه و سپس محصور کردن آن با لایه‌­ای دوم برای تشکیل میکروکانال­ها یا محفظه­‌ها ساخته می‌­شود. کانال­ها باید ضد نشت باشند، بنابراین لایه­‌ها باید به درستی بهم بچسبند. بسته به انتخاب نوع مواد، کانال­ها از طریق لیتوگرافی نرم، گرمانقش‌بندی (hot embossing)، قالب­گیری تزریقی، ماشین­کاری میکرونی و اچینگ (etching) ساخته می­‌شوند. چاپ سه‌بعدی ممکن است برای ساخت تراشه­‌های میکروفلوئیدیک استفاده شود اگر چه از نظر ویژگی­هایی مانند سایز، زبری سطح، شفافیت نوری و انتخاب مواد دارای محدودیت­های جدی است.

 

 

علل استفاده از میکروفلوئیدیک

دلایل مختلفی برای استفاده از میکروفلوئیدیک وجود دارد. اول برای استفاده از مقیاس اندازه‌­ی کوچک در بازه میکرومتر. برای هر نوع شکل سه بعدی به عنوان مثال یک محفظه یا کانال مستطیل شکل، نسبت سطح به حجم با کاهش اندازه، افزایش می‌­یابد که باعث می­شود شرایط مطلوبی برای به دام انداختن اجزایی مانند سلول­ها، میکروب­ها و نانوذرات در میکروکانال­ها ایجاد شود. از طرف دیگر میدان­های الکتریکی و مغناطیسی در فواصل کوتاه بسیار موثر هستند که این مورد میکروفلوئیدیک را برای استفاده در سنسورها و آشکارسازها ایده­‌آل می‌­سازد. امکان دیدن و مشخصه­‌یابی اجزای کوچک مانند سلول­های زنده از دیگر مزایای میکروفلوئیدیک است. همچنین میکروفلوئیدیک برای ساختن “آزمایشگاه روی تراشه” به منظور کوچک کردن و ادغام روش­های آزمایشگاهی معمول، برای صرفه­جویی در هزینه و کاهش زمان استفاده می­شود.

 

کاربردهای میکروفلوئیدیک

میکروفلوئیدیک در اکثر علوم تجربی و مهندسی کاربرد دارد. مثال­های آن شامل تحقیقات زیست­‌شناسی سلولی و مولکولی، ژنتیک، دینامیک سیال، اختلاط میکرونی، تشخیص نقطه مراقبت (Point of Care Diagnostics)، آزمایشگاه روی تراشه، مهندسی بافت، ارگان روی تراشه، دستگاه دارورسانی، آزمایش باروری و کمک و سنتز پروتئین­ها و مواد شیمیایی است.

 

زیست‌تراشه

زیست‌تراشه (Biochip) نقش اساسی در زمینه تحقیقات زیست­‌شناسی مانند زیست­‌شناسی بیماری دارد در حالی که تعداد کاربردهای بالینی آن در حال افزایش است. زیست‌تراشه مجموعه­ای از میکروآرایه­‌ها است که در سطح یک بستر قرار می­‌گیرند تا هزاران واکنش در زمان کمتری انجام شود. توسعه زیست‌تراشه عمدتا شامل ترکیب علوم زیست­‌شناسی مولکولی، بیوشیمی و ژنتیک است. زیست­‌تراشه‌­ها برای تجزیه و تحلیل مولکول­های آلی مرتبط با یک ارگانیسم زنده استفاده می­‌شود و مانند میکروتراشه­‌ها و تراشه­‌های الکترونیکی نیستند. هرکدام از آن­ها می­‌تواند مانند یک میکروراکتور در نظر گرفته شود که می­‌تواند یک آنالیت خاص مانند آنزیم، پروتئین، DNA، مولکول بیولوژیکی یا آنتی­‌بادی را تشخیص دهد. عملکرد این تراشه­‌ها انجام صدها واکنش بیولوژیکی در چند است.

 

 

 

برای مطالعه منبع روی لینک زیر کلیک کنید.

Home

 

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *