انواع میکروفلوئیدهای دیجیتال

میکروفلوئیدهای دیجیتال را به دو دسته تقسیم می­شود دسته اول به صورت تک صفحه (باز)-Open digital microfluidic- و دسته دوم دو صفحه­ای (پوشیده) -Covered digital microfluidic- می­باشد. شماتیک این دو سیستم در ‏شکل زیر نشان ­داده شده است.

میکروفلوئید دیجیتال روباز و سرپوشیده

هر کدام از این سیستم ­ها مزیت خودشان را دارند. توزیع کردن، حرکت دادن و دو نیم کردن قطره­ ها در سیستم میکروفلوئید دیجیتال دو صفحه­ ای ساده­ تر است در حالی که مخلوط کردن و تبخیر در سیستم میکروفلوئید دیجیتال روباز راحت­ تر انجام می­شود. گاهی ترکیب این دو نیز استفاده می­شود به این صورت که قطره، جمع آوری نمونه را از منطقه سر باز انجام داده و سپس به منطقه سرپوشیده جابجا می­شوند.

مزایای میکروفلوئید دیجیتال

در ادامه مزیت های این دسته از میکروفلوئیدها مرور می­شود:

  • نداشتن بخش محرک: تمامی عملیات بین دو صفحه که تحت کنترل الکتریکی است و بدون هرگونه پمپ و شیری انجام می­شود.
  • عدم نیاز به کانال از قبل تعریف شده: فاصله بین دو صفحه معمولا با مایعی که با قطره مخلوط­ ناپذیر باشد، پر می­شود و در واقع کانال به صورت مجازی وجود دارد و به راحتی به صوزت نرم ­افزاری می­توان مسیر جدیدی برای حرکت تعریف نمود.
  • کنترل قطره­ ها به صورت مستقل از هم: هر کدام از قطره­ ها به طور جداگانه قابل کنترل است و به همین دلیل امکان انجام عملیات به صورت موازی وجود دارد.
  • کنترل و جلوگیری از تبخیر: با استفاده از روغن سیلکون اطراف قطره محاصره شده و جلوی تبخیر آن گرفته می ­شود.
  • عدم استفاده از جریان اهمی: اگر چه جریان خازنی وجود دارد ولی این تراشه جریان DC را بلوک می­کند.
  • تطبیق ­پذیری سیستم با گستره وسیعی از مایعات: در صورتی که سیستم مبتنی بر الکترووتینگ روی عایق باشد مایعات هادی و به عبارتی محلول­های الکترولیت قابل دستکاری می­باشند ولی در صورت استفاده از روش­های دیگر می­توان قطره های دی ­الکتریک نیز با روش­هایی مانند دی ­الکتروفورسیس و SAW نیز دستکاری نمود.
  • استفاده نزدیک به %۱۰۰ از ماده معرف و نمونه تحت آزمایش: بدلیل ساختار سیستم و عدم نیاز به پرشدن کانال تقریبا از %۱۰۰ مواد استفاده می­شود در حالی که در سیستم میکروفلوئید پیوسته، امکان پذیر نیست.
  • مشاهده از طریق میکروسکوپ: الکترودهای شفاف که در صفحه بالای تراشه قرار می­گیرد امکان مشاهده دستکاری قطره­ ها از طریق میکروسکوپ را فراهم می­کند.
  • مصرف توان پایین: توان برای هر انتقال در حدود نانووات تا میکروات می­باشد.
  • سرعت بالای انتقال قطره: سرعت انتقال قطره­ تا ۲۵ می­تواند برسد.
  • حداکثر انعطاف ­پذیری عملیات: کنترل مستقیم نر­م ­افزاری در هر گام، اجازه اجرای گام­های شرطی نیز به سیستم می­دهد.
  • استفاده از پروتکول­ های مورد استفاده در آزمایشگاه: براحتی می­توان همان پروتکول­هایی که روی میز آزمایشگاه استفاده می­شود درون تراشه اجرا نمود.

فیلم زیر نمایش حرکت قطره در این تراشه می باشد.

نقایص میکروفلوئید دیجیتال

البته سیستم­های میکروفلوئید دیجیتال دارای نواقصی نیز می­باشد که در زیر آمده است‏.

  • عدم سازگاری با گریز از مرکز
  • ناسازگاری با دما و فشار بالا
  • مناسب نبودن برای جداسازی شیمیایی ترکیب جریان پیوسته
  • کثیفی سطح تراشه به خاطر چسبندگی قطره­ های بیولوژیکی (البته برای رفع مشکل از روغن سیلیکون استفاده می­شود).

فعالیت قابل توجهی در حوزه میکروفلوئید دیجیتال در دانشگاه داک، دانشگاه کالیفرنیای لس آنجلس، دانشگاه تورنتو، دانشگاه درکسل، IMEC بلژیک، فریبرگ آلمان، فیلپس هلند، دانشگاه صنعتی دانمارک، دانشگاه تگزاس، دانشگاه بین ­المللی تایوان در حال انجام است.

میکروفلوئیدهای دیجیتال در واقع پلی بین حوزه­ های مختلف مانند بیوممز، میکروفلوئیدها،CAD  الکترونیک، طراحی تراشه و بیوشیمی است.

این سلسله مباحث ادامه دارد…


نویسنده  سری آموزشی میکروفلوئید: طباطبایی