ساخت تراشه میکروفلوئیدیکی برای مشاهده رفتار آهسته سیال - جلسه اول

عنوان پروژه: ساخت تراشه میکروفلوئیدیکی برای مشاهده رفتار آهسته سیال
زمینه: میان رشته ای
نوع پروژه: عملی - متوسط
مولف: الهام آجورلو

جلسه اول
آشنایی با علم میکروفلوئیدیک و کاربردهای متنوع آن
اهداف جلسه
در این جلسه ابتدا میکروفلوئیدیک را معرفی می کنیم و با کاربردهای گسترده این شاخه جدید آشنا می شویم.
وسایل مورد نیاز 
برای این کار نیاز به کامپیوتر برای جستجوی اینترنتی در این حوزه و کتاب هایی با موضوع میکروفلوئیدیک داریم.
هزینه
بسیار کم

مقدمه ای برتئوری و کاربردها

علم میکروفلوئیدیک که علم جدیدی محسوب می شود، در اوایل دهه 1980 پدیدار شد. میکروفلوئیدیک از دو کلمه میکرو نشان دهنده واحد میکرون 10-6 و فلوئیدیک به معنای سیال، تشکیل شده است؛ در واقع ما با سیالاتی در واحد بسیار ریز سروکار داریم. همانطور که می دانیم سیالات شامل مایعات و گازها می باشند؛ به عنوان یکی از ویژگی های سیالات می توان گفت که آن ها به شکل ظرفی که در آن ریخته می شود در می آیند. میکروفلوئیدیک اشاره به علم و فن آوری سیستم هایی دارد که حجم بسیار کوچکی از سیال را (در ابعاد  10-9تا 10-12 لیتر) در کانال هایی با ابعادی در گستره ی چند میکرومتر تا چند صد میکرومتر کنترل می کند. جالب است که بدانیم قطر موی انسان حدوداً 50 میکرون است؛ یعنی در میکروفلوئیدیک با کانال هایی بسیار ریز سرو کار داریم. 

میکروفلوئیدیک علمی میان رشته ای محسوب می شود که پذیرای طیف گسترده ای از رشته های علمی، از جمله پزشکی، شیمی، فیزیک، زیست شناسی، علم مواد، بیو تکنولوژی، نانو تکنولوژی، مهندسی مکانیک و مهندسی الکترونیک است. 
هر تراشه میکروفلوئیدیکی به منظور کاربرد خاصی طراحی و ساخته می شود و کانال های میکرونی ما می توانند شکل های بسیار گوناگونی با توجه به کاربرد های متفاوت داشته باشند.

کانال های ما همانند یک لوله از ورودی کانال، مسیری که لوله را تشکیل می دهد و خروجی آن تشکیل شده است. در تصاویر زیر کانال ‌های متفاوت میکرونی را مشاهده می کنید. ما برای انجام آزمایشات متفاوت سیال های مختلفی (بر اساس ویژگی های شیمیایی و فیزیکی) را برحسب نیاز توسط شلنگ های باریک یا پیپت ها به درون کانال ها پمپ می کنیم.

فواید میکروفلوئیدیک

کاهش اندازه در فرآیندهای میکروفلوئیدیک، ویژگی های جذاب زیادی را فراهم می کند؛ برای مثال باعث استفاده ی بسیار کم تری از حجم نمونه ها و واکنش دهنده ها (از میلی لیتر و یا میکرولیتر به نانولیتر یا پیکولیتر) می شود که در نتیجه تولید ضایعات بسیار کم تر در پی خواهد داشت (لازم به ذکر است که برخی ضایعات شیمیایی بسیار خطرناک هستند). به ما امکان استفاده از مواد گران قیمت و یا خطرناک را به شکل امن و ارزان می دهد. اندازه گیری ها و زمان تجزیه و تحلیل در این مقیاس به میزان قابل توجهی کاهش می یابد (صرفه جویی در زمان) و هم چنین دقت بیشتر و امکان تکرارپذیری بیشتر آزمایشات را فراهم می-کند.

با استفاده از این تراشه ها نیروی انسانی و هزینه ها نیز به طور قابل توجهی کاهش می یابد.

کاربردها

میکروفلوئیدیک با توجه به فوایدش کاربردهای فراوانی دارد که این کاربرد ها موجب اهمیت میکروفلوئیدیک در دنیا شده است؛ از جمله کاربرد های آن تا به امروز می توان سنتز نانو ذرات، سنتز میکرو ذرات، سنتز پروتئین، جدا سازی ذرات مختلف با سایز های خیلی کوچک که در حالت عادی با روش های معمول قابل جداسازی نیستند) برای مثال جداسازی گلبول قرمز از گلبول سفید در خون)، کشت سلولی، تولید قطرات میکرونی، شکل گیری ذرات و کپسول ها در صنایع مواد غذایی و داروسازی، تشخیص انواع بیماری ها در مراحل اول بیماری، تولید مواد جدید با ویژگی های جدید، پزشکی و تجزیه و تحلیل DNA را نام برد.

پس با استفاده از سیستم ها میکروفلوئیدیکی میتوان یک یا چند فرآیند آزمایشگاهی را (از نمونه برداری تا بازخوانی مستقیم و تجزیه و تحلیل خروجی) روی یک تراشه کوچک انجام داد. درواقع یک آزمایشگاه قابل حمل داریم که کوچک تر از یک تلفن همراه است و از آن به عنوان «سیستم تجزیه و تحلیل کلی میکرونی » یا « آزمایشگاه رو یک تراشه »  یاد می شود.
قابل حمل بودن این تراشه این مزیت را دارد که در هر مکانی حتی در مناطق دور افتاده و بدون امکانات نیز می توان از آن استفاده کرد.