Microfluidics, за да знаете всичко за тези лаборатории, които се вписват на капка
Появил се преди шестдесет години, контролът на потока на течности в микроканалите е напреднал в научните изследвания, особено в областта на здравеопазването, биотехнологиите и селскостопанската храна. Днес тя позволява да се извършват сложни анализи с една капка. Лоран Бойтар, основател през 2015 г. на стартиращия Millidrop, който предлага автоматизирани решения за анализ на микроорганизми в капки, представя подробно този обещаващ сектор.
Разработена от 60-те години на миналия век, вследствие на миниатюризацията на електрониката, микрофлуидиката се възползва от напредъка в разбирането на физическите явления в малки мащаби. Сега тя дава възможност да се проектират аналитични единици върху тромбоцитите с размерите на електронен чип и по този начин да се проучи по-добре поведението на клетките на определени органи и метаболизираните разтвори. С развитието на изследванията върху гените тази технология отваря нови перспективи. Въз основа на контрола на капчиците в мрежата, той предлага възможност за анализ на голям брой тестове за по-кратък период от време. Но също така и за проследяване, изолиране и взаимодействие по-ефективно върху изследваните проби.
Микрофлуидиката е научна и технологична област, занимаваща се с потоци и тяхното внедряване в канални мрежи с микронен мащаб. Можем вулгарно да сравним тази наука с миниатюрни водопроводи. Ръстът му е значителен в много индустриални области като биотехнологии, анализи, химически синтез и клинична диагностика. Микрофлуидиката стои на кръстопътя на биологията, физиката, химията и инженерството. Той се възползва от напредъка на микроелектрониката, както и от физическите явления, които се случват в тези мащаби чрез миниатюризация.
1. Принципи
Миниатюрна лаборатория
Концепцията за миниатюризация е доминираща парадигма в почти всички научни и технологични дисциплини в продължение на повече от половин век. Най-забележителният пример е революцията в катализираните полупроводници, с изобретението през 1958 г. на първата интегрална схема, иновация, задвижвана до голяма степен от намаляването на размера и цената на електронните компоненти. По същия начин развитието на микрофлуидните технологии през последните двадесет и пет години се фокусира върху пренасянето и добавянето на предимствата на миниатюризацията в биологията и химията.
Първото приложение на микрофлуидици дължим на Siemens в началото на 50-те години: мастилено-струйна принтерна глава, използваща много тънки тръби за транспортиране на мастило. Но възходът на микроелектрониката, който направи възможно интегрирането на микроструктури като помпи, клапани и канали, които биха допринесли за раждането на лаборатории на чип. През 1979 г. първият миниатюризиран инструмент за газова хроматография е разработен от изследователи в Станфорд. Ще отнеме десет години, за да бъдат пуснати на пазара приложенията на микрофлуиди от Agilent Technologies или Caliper Life Sciences, които използват капилярна електрофореза за биохимични анализи.
Microfluidics направи скок напред от 2000-те години, по-специално благодарение на подкрепата на агенцията за напреднали изследователски проекти в областта на отбраната (Darpa), агенция на Министерството на отбраната на САЩ, специализирана в разрушителни иновации, в търсене на преносими миниатюризирани решения. агенти, участващи в биологична война. По този начин изследователите от Харвард разработват метод за преодоляване на традиционните техники за литография върху силиций, които дотогава бяха много скъпи. Това е началото на демократизацията на микрофлуидите и нейния експоненциален растеж. Докато микрофлуидните технологии са били използвани за автоматизиране на относително прости биологични анализи ("имуноанализ", химия на кръвта, кръвни газове), новите приложения ще позволят например секвениране от следващо поколение (NGS) или диагностични тестове в леглото. грижи). Днес микрофлуидиците се използват за генетичен анализ, капилярна електрофореза, усилване на ДНК, клетъчна биология, протеомика, диагностика, изследвания на лекарства, синтез на молекули или наноматериали ...