در ابتدای این مباحث با هم چند ویدیو را می بینیم:
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.
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
آخرین نظرات خوانندگان