Kas ir mikrofluidika?

Darbojoties ar tik maziem šķidruma daudzumiem, parādās dažādas interesantas īpašības. Tādas īpašības kā virsmas spraigums, kam nav nozīmes, strādājot ar ūdens apjomiem, pie kuriem mēs esam pieraduši, sāk dominēt dinamikā šajos mērogos. Reinoldsa skaitlis, kas nosaka plūsmas turbulenci, mazos mērogos ir ārkārtīgi zems, kas nozīmē, ka šķidruma plūsma gandrīz paliek lamināra. Tas padara dažus mikrofluidikas aspektus ērtākus un paredzamākus, bet citus nedaudz izaicinošākus. Piemēram, jūs nevarat paļauties uz turbulenci, lai sajauktu kopā divas plūsmas, bet ir jāpaļaujas tikai uz difūziju, piemēram, šūnu aparātu organismā.

Sistēmām, kurās izmanto mikrofluidiku, jābūt ražotām ļoti precīzi. Stikls ir izplatīts materiāls, taču populāri ir arī plastmasa un silīcijs. Tradicionālās litogrāfijas metodes var izmantot, lai izveidotu sīkus kanālus uz datora mikroshēmai līdzīgu ierīču virsmas. Visiem šķidrumiem jābūt salīdzinoši tīriem un bez daļiņām, kas aizsprosto šos smalkos kanālus. Mikrofluidisko sistēmu projektēšanai un pārbaudei ir nepieciešami kompetenti šķidrumu fiziķi.

Mikrofluidika atrod pielietojumu bioloģijā un ķīmijā. DNS mikroshēmas, kas ļauj biologiem vienlaikus veikt miljoniem testu konkrētam proteīnam vai gēnu secībai, izmanto mikrofluidiku. Ķīmiskās atdalīšanas iekārtas var izmantot centrifūgu un mikrofluidisko mikroshēmu kombinācijas, lai analizētu konkrētas vielas ķīmisko sastāvu. Tos var izmantot, lai sagatavotu bioloģiskos paraugus testēšanai. Tā kā lielākajai daļai mikrofluidisko mikroshēmu ir dizains, ko nevar pārkonfigurēt, tas ierobežo vērienīgākus lietojumus, taču tiek veikti pētījumi, lai to apietu.

Jauna aizraujoša pētniecības joma ir mikrofluidikas integrācija ar MEMS (mikroelektromehānisko sistēmu) tehnoloģiju. Iekļaujot mikrofluidikas mikroshēmā sīkus sūkņus vai elektriskās ierīces, tas ievērojami paplašina lietojumu klāstu. Nākotnes mikrofluidikas ierīces var būt aprīkotas ar miljoniem sīku vārtu, kas lietotājiem ļauj sarežģītos un noderīgos veidos manipulēt ar plūsmu. Valdība ir bijusi ieinteresēta mikrofluidikas mikroshēmu izmantošanā, lai pārbaudītu bioloģisko un ķīmisko ieroču klātbūtni.