Mikrofluidika je nauka i tehnologija kontrole vrlo malih količina fluida unutar sićušnih kanala. Ovi fluidi mogu biti tečnosti ili gasovi, a kanali su često uži od jednog milimetra.

Na ovoj skali, fluidi se ponašaju drugačije. Površinski napon, viskoznost i geometrija kanala počinju da budu važniji od gravitacije ili turbulencije. To daje inženjerima i naučnicima korisnu prednost: male zapremine mogu biti pomerene, pomešane, zagrejane, razdvojene ili analizirane uz visok stepen kontrole.

Zbog toga se mikrofluidika koristi u mnogim kompaktnim uređajima za biološke nauke. To omogućava uređaju da upravlja uzorcima i reagensima na kontrolisan način, često sa manje prostora, manje tečnosti i kraćim procesnim koracima od konvencionalnih laboratorijskih postavki.

Mikrofluidika funkcioniše tako što vodi tečnosti kroz precizno dizajnirane mikrokanale, komore i kontrolne tačke. Umesto da se veliki uzorak pomera kroz cevi, mikrofluidni uređaj može pomerati male količine uzorka i reagensa kroz kompaktnu unutrašnju putanju.

Jednostavan mikrofluidni proces obično uključuje:

• Ulaz, gde uzorak ili reagens ulazi u uređaj
• Mikrokanali, koji vode fluid kroz putanju
• Kontrolni elementi, kao što su pritisak, kapilarno dejstvo, pumpe ili ventili
• Oblasti za procesiranje, gde se odvija mešanje, grejanje, separacija ili reakcije
• Detekcioni ili izlazni prostor, gde se rezultat može izmeriti, pročitati ili preneti

Tačno podešavanje zavisi od zadatka. Dijagnostički uređaj, dozirni sistem i model organa na čipu mogu koristiti mikrofluidne principe, ali ne moraju imati istu arhitekturu.

Razmišljajte o mikrofluidnom čipu kao o maloj, strukturiranoj ruti za fluide. Uzorak ulazi u čip, prolazi kroz uske kanale, dostiže jednu ili više funkcionalnih oblasti i zatim proizvodi merljiv rezultat. U sistemu laboratorije na čipu, ovaj proces može zameniti nekoliko ručnih laboratorijskih koraka. Jedan uređaj može pomoći u pripremi uzorka, mešanju reagensa i kontroli uslova reakcije.

Rezultat je kompaktniji proces. Koraci koji su nekada zahtevali više prostora, više manuelnog rukovanja i više odvojenih komponenti postaju kraći i lakši za kontrolu.

Na mikroskali, protok fluida obično je precizno kontrolisan i predvidiv. U mnogim mikrofluidnim sistemima, protok je laminaran, što znači da se slojevi tečnosti kreću jedan pored drugog uz minimalno mešanje izazvano turbulencijom. Ovo menja način na koji inženjeri projektuju uređaj: Mešanje, doziranje i vreme reakcije često zavise od oblika kanala, dužine puta, kontrolisanja pritiska i površinskih svojstava materijala.

Tri principa su posebno važna:

• Površinski efekti postaju snažniji, jer tečnosti dolaze u kontakt sa većom površinom u odnosu na njihovu zapreminu
• Protok može biti predvidljiviji, što pomaže kod ponovljivog doziranja i analize uzoraka
• Male količine reaguju brzo, jer su rastojanja prenosa toplote i mase kratka

Ovo može biti naročito korisno za biološke i hemijske procese. Manje količine uzoraka ili reagensa mogu biti potrebne, a osetljivi koraci mogu se obaviti u kontrolisanom okruženju.

Mikrofluidika se koristi gde god je potrebno kontrolisati, analizirati ili procesuirati male količine fluida. U oblasti bioloških nauka, često je nezamenljiva u aplikacijama gde su prostor, količina uzorka i ponovljivost ključni.

Tipične oblasti primene uključuju:

• Dijagnostiku i IVD, uključujući testiranje na mestu nege i kompaktne analizatore
• Sisteme laboratorije na čipu, gde se funkcije laboratorije integrišu u mali uređaj
• Mikrofluidiku u biologiji, kao što su rukovanje ćelijama, sortiranje ćelija ili analiza pojedinačnih ćelija
• Modele organa na čipu, gde fini mikrofluidni kanali snabdevaju ćelije hranljivim materijama
• Proveru lekova, gde testiranje i analiza zavise od malih zapremina fluida
• Automatizovane procese ćelijske terapije, gde precizan transport fluida doprinosi dobro kontrolisanom procesu
• Analitičke instrumente, gde uzorci, reagensi i gasovi moraju da se kreću kroz definisane puteve

Ako radite na kompaktnim uređajima za biološke nauke, sledeći resursi mogu pružiti dodatni uvid u ovu temu. Naši istraživački timovi istražuju mikrofluidne koncepte za automatizaciju laboratorija i medicinsku tehnologiju, i kako se mogu koristiti u oblastima kao što su automatizovana CAR-T ćelijska terapija i sistemi organa-na-čipu.

Mikrofluidika se ne odnosi samo na smanjenje putanja fluida. Radi se o obezbeđivanju efikasne arhitekture inženjerima i naučnicima za preciznu kontrolu malih zapremina fluida, kako bi kompaktni uređaji mogli da rukovode uzorcima, reagensima i reakcijama sa maksimalnom efikasnošću.

Najvažnije tačke su:

• Mikrofluidika kontroliše male zapremine tečnosti ili gasa unutar malih kanala i komora
• Ponašanje fluida se menja na mikronivou, tako da su površinski efekti, laminarni tok i geometrija kanala posebno važni
• Mikrofluidni uređaji mogu kombinovati nekoliko laboratorijskih koraka u kompaktnom formatu, kao što su doziranje, mešanje, kontrolisanje i detektovanje reakcija
• Primene u biološkim naukama često imaju koristi od precizne kontrole fluida, posebno kada su važni zapremina uzorka, ponovljivost i veličina uređaja

Kada su osnove jasne, sledeći koristan korak je da se postavi pitanje kako kontrola fluida može unaprediti pouzdanost, ponovljivost ili proširenje uređaja.