در ابتدای این مباحث با هم چند ویدیو را می بینیم:

 

ویدیوی اول

 

ویدیوی دوم

 

ویدیوی سوم

 

ویدیوی چهارم

 

ویدیوی پنجم

تعریف میکروفلوئیدها

میکروفلوئید حوزه­ای از سامانه­ های میکروالکترومکانیکی است که با رفتار، کنترل دقیق و کاربرد سیالات در مقیاس حجمی میکرو و نانو سر و کار دارد.

سامانه ­های میکروفلوئیدی از اجزای مختلفی ساخته می­ شوند، برخی از اجزا عبارتند از: میکروپمپ­ ها، میکروکانال­ ها، میکرومخلوط کننده­ ها، میکروحسگرها، مخازن سیالات و دریچه ­ها که معمولا در مقیاس میکرونی ساخته می­ شود. میکروکانال­های توزیع سیال برای عبور سیال در شاخه­ های مختلف سامانه­ های میکروفلوئیدی استفاده می ­شوند و کاربردهای وسیعی یافته ­اند. جریان سیال در این کانال­ها بین چند صد نانولیتر تا چند میکرولیتر بر دقیقه می­ باشد. دو کانال را می­توان به گونه­ای ایجاد نمود که با هم ارتباط داشته باشند. این نوع کانال­ها معمولا طولی در حدود چند صد میکرون تا چند ده میلیمتر و عمق و عرضی به ترتیب در حدود ۲ تا ۱۰۰ میکرون دارند.

سامانه­ هایی که از اجزای فوق ساخته می­شوند اصولا سطحی حدود چند سانتی­متر اشغال می­کنند. سامانه­های میکروفلوئیدی در زمینه­های متنوعی کاربرد یافته ­اند که از آن جمله می­توان به صنایع داروسازی، تحلیل شیمیایی، حسگرهای شیمیایی و بیوپزشکی، انتقال دارو، جداسازی مولکولی نظیر تحلیل DNA، تقویت، تعیین توالی یا سنتز نوکلئیک اسیدها اشاره نمود. این سامانه ­ها، هم چنین بخش مهمی از سامانه­ های کنترل دقیق در خودروهای مدرن محسوب می­شوند و انتظار می­رود که در صنایع هوافضا، صنایع تغذیه و صنایع نیمه­هادی کاربردهای جدیدی پیدا کنند. مزایای اصلی استفاده از سامانه­ های میکروفلوئیدی در تراشه­های Lab-on-chip، راندمان بالا، قابلیت مجتمع ­سازی، تولید انبوه، کم شدن زمان لازم برای واکنش و امکان انجام عملیات موازی می­باشد.

در ‏شکل زیرانگیزه حرکت به سمت میکروفلوئید به خوبی نشان داده شده است.

میکروفلوئید

تاریخچه پیدایش میکروفلویید ها:

 

چهار عامل را می­توان منشا پیدایش فناوری میکروفلوئید دانست که هرکدام سهمی در ایجاد و پیشرفت این فناوری داشته اند. قدیمی­ترین عامل مربوط به پیدایش روش­های میکروآنالیز همچون کروماتوگرافی مایع با فشار بالا است، که توانستند انقلابی در روش­های آنالیز شیمیایی ایجاد کنند. به کارگیری این روش­ها، حساسیت و قدرت تفکیک بالایی را در آنالیز مقادیر جزئی نمونه ­ها ممکن نموده است. موفقیت این روش­ها کاربردهای تازه­ای برای آن­ها در علوم شیمی و زیست ­شناسی ایجاد کرده است.

دومین محرک از زیست­ شناسی مولکولی ایجاد شد. زمانی که در دهه ­ی ۱۹۸۰ یک افزایش انفجاری در داده­ های ژنومیک رخ داد که ایجاد روش­های میکروآنالیزی مرتبط با زیست مولکولی را – مانند روش­های توالی­ یابی- به دنبال داشت. این روش­ها نیاز به ابزار­هایی با کارکرد بالاتر و حساسیت و قدرت تفکیک بیشتر نسبت به ابزارهای قدیمی داشتند. فناوری میکروفلوئید راه حل بسیار مناسبی برای غلبه بر این مشکلات بود.

سهم سوم مربوط به صنایع میکروالکترونیک است. اولین امیدواری­ها برای ساخت تراشه­ های میکروفلوئیدی، لیتوگرافی و فناوری­های مرتبط با آن بود، که به صورت موفقیت آمیزی در ساخت تراشه-های میکروالکترونیک به کار گرفته شده بود. این فناوری­ ها به صورت مستقیم در میکروفلوئید قابل استفاده هستند.

آخرین محرک ایجاد این فناوری در بخشی کاملا مجزا به وجود آمد. زمانی که پس از جنگ سرد سلاح های شیمیایی و بیولوژیکی در صنایع نظامی کاربرد پیدا کردند، وزارت دفاع ایالات متحده­ ی آمریکا با ایجاد یک مرکز تحقیقاتی (DARPA)، سرمایه­ گذاری در بخش سیستم­های میکروفلوئیدی را افزایش داد؛ تا از قدرت این فناوری، در بخش نظامی سود ببرد.

بنابراین توسعه میکروفلوئیدها به طور قابل توجه از سال ۱۹۸۰ بوده است. از لحاظ تاریخی اولین کاربردهای میکروفلوئیدها به استفاده از آن­ها در پرینترهای جوهرافشان بر می­گردد. دیگر کاربرد آن به میکروموتورها مربوط می­شود. اما امروزه کاربردها در حوزه بیوتکنولوژی رو به افزایش است. در واقع میکروفلوئیدها اساس بیشتر توسعه­ های بیوتکنولوژی است زیرا به طور ساده می­توان گفت که نمونه­ های زیستی در حالت مایع هستند و محل زندگی آن­ها محیط آب­دار است. در مقایسه با تکنیک­های متداول در بیوتکنولوژی سیستم­های میکروفلوئیدی مزایای فراوانی دارد از جمله این که حجم نمونه و معرف به طور قابل توجه کاهش می­ یابد (که باعث کاهش هزینه فرآیند) و هم­چنین نتایج و یا محصولات در زمان کم­تری بدست می­آید. کاهش زمان می­تواند در کاهش هزینه و هم­چون در شرایط اضطرار لازم باشد. با استفاده از این سیستم­ها خطر دستکاری مواد سمی کاهش می­یابد. ویژگی پرتابل بودن ویژگی ممتازی است که با استفاده از این تراشه ها و به عبارتی آزمایشگاه روی تراشه LOC بدست می­آید. اگرچه میکروفلوئیدها انقلابی برای بیوتکنولوژی به ارمغان آورده ­اند اما باید به چالش­های به وجود آمده جواب داده شود.

چالش اول: یکی از مهم­ترین چالش­ ها بحث مجتمع­ سازی همه قطعات در یک تراشه است. باید پمپ­ها، شیرها، میکسرها و… مجتمع شوند.

چالش دوم: میکروماشین­کاری برای تمامی قسمت­ها امکان­پذیر باشد.

چالش سوم: کاهش حجم از مقیاس ماکرو به میکرو یک چالش بزرگ است. مولکول­ها و ذرات موجود در حجم­های ماکرو باید به حجم میکرو تغلیظ شوند تا بتوانند وارد تراشه شوند.

چالش چهارم: افزایش نسبت سطح به حجم در این سیستم­ها می­تواند رفتار فیزیکی سیستم را تغییر دهد و مشکلات جدیدی به وجود آورد. نیروی چسبندگی مولکول­ها به دیواره و اثرات مویینگی که می­تواند جلو جاری شدن سیال را در میکروکانال­ها بگیرد .

این سری مباحث ادامه خواهد داشت

کلمه microfluidic در فارسی به روش های مختلفی نوشته شده است که لازم است در جستجوی فارسی به ان دقت داشته باشید. میکروفلویید، میکروفلوئید، میکروفلوید، میکروفلوئیدیک، میکروفلویدیک، میکروفلوییدیک از انواع شکل های این کلمه هست که غلط یا درست نوشته شده است. به نظر نگارنده فرم “میکروفلوئید” مناسب تر و از راحتی در تلفظ برخوردار است.


نویسنده  سری آموزشی میکروفلوئید: طباطبایی