A mikrofluidika egy interdiszciplináris, a villamosmérnöki, gépészmérnöki, illetve molekulabiológiai tudományok határán elhelyezkedő, viszonylag új tudományterület.http://mahara.eet.bme.hu/view/view.php?id=100
A mikrofluidika szó a mikro és az angol fluid (=folyadék) szavakból képzett összetett szó, és azt jelenti, hogy olyan folyadékok manipulációjával foglalkozik, ahol a folyadékok viselkedése eltér a makroszkopikus világban megszokottól. A mikro megjelölés jelentheti a kis méretet (100 mikrométer alatt), és/vagy a kis mennyiséget (100 mikroliter alatt), és/vagy a kis energiafelhasználást (100 mikrowatt alatt). A legtöbb mikrofluidikai rendszer olyan MEMS (Micro-Electro-Mechanical System=Mikroelektromechanikai rendszer), ami ezeket a különleges hatásokat kihasználva látja el a funkcióját.
MEMS A MEMS egy betűszó, ami a Micro-Electro-Mechanical systems (mikroelektromechanikai rendszerek)–ből származik. A mikroelektromechanikai rendszerek kisméretű eszközök, melyek mérete a 20 mikrométer és az 1 milliméter közé esik. Az eszköz építőelemei 1–100 mikrométer nagyságúak. Ezek a rendszerek általában egy központi egységek tartalmaznak (mikroprocesszor), és ehhez kapcsolódó eszközöket, általában mikroérzékelőket és mikrobeavatkozó eszközöket. A kis méretek miatt a klasszikus fizika törvényei nem mindig alkalmazhatók. A mikrofluidikai rendszerek speciális MEMS rendszerek, ahol a folyadékok szerepe meghatározó.
A mikrofluidika kezdete A mikrofluidika első alkalmazását a tintasugaras nyomtatótól számítják. Az első szabadalom mely a tintasugaras nyomtatási folyamatról tanúskodik 1867-ből való. A Siemens hozta kereskedelmi forgalomba az első gépet 1957-ben, az első olyan nyomtató pedig, ami a napjaink gépeihez leginkább hasonlít 1976-ban került piacra. A tintasugaras nyomtatók népszerűsége az 1980-as években kezdett el felfelé ívelni, a személyi számítógépek elterjedésével. A HP és a Canon nagyban hozzájárult ehhez az áttöréshez a termál tintasugaras technológia bevezetésével, míg az Epson a piezo technológiával. A számítástechnikai eszközök miniatürizálása tette lehetővé, hogy a mikrofluidikai eszközök is megvalósulhassanak. Ami minden tintasugaras nyomtatóban közös, az az, hogy parányi festékcseppecskéket juttatnak a papírra.http://www.papyrus.com/huHU/services.htm?uniqueName=services&select=8900054&expand=8900054
Mikroszkopikus folyadék jellemzők A folyadékok másként viselkednek mikroszkopikus méretekben, eltérően az ismert makroszkopikus viselkedéstől. Ilyen megváltozott jellemzők lehetnek:S. C. Terry, J. H. Jerman and J. B. Angell: A Gas Chromatographic Air Analyzer Fabricated on a Silicon Wafer, IEEE Trans. Electron Devices, ED-26, 12 (1979) 1880-1886.
Felületi feszültség Energia disszipáció Folyadék ellenállás Reynolds-szám Viszkozitás Áramlási tulajdonságok
LOC A LOC, a ’Lab-on-a-chip’–ből képzett betűszó, és azt jelenti, hogy egy chip-en egy kis laboratórium (mikrolaboratórium) állítható össze, néhány négyzetcentiméter vagy négyzetmilliméter területen. A mikrofluidikai LOC eszközök igen kis mennyiségű folyadékkal működnek, mely néha pikoliter nagyságrendben van. A legtöbb felhasználás az analízis területén található (kémiai analízis, orvosi diagnosztika, környezeti teszt, stb). A LOC-cal kapcsolatos kutatások, fejlesztések intenzíven folynak, együtt a nanotechnológiai kutatásokkal. A mikrolaboratóriumok az orvosi diagnosztikai eszközök új generációját alkotják.
Néhány mikrofluidikai alkalmazás jobbra|bélyegkép|100px |Mikropumpa
Tintasugaras nyomtató nyomtatófeje Mikrofluidikai perfúziós rendszer sejtvizsgálatokhoz Mikropumpa, implantálható célzott gyógyszerbevitelre,Woias, P, Micropumps - past progress and future prospects, Sensors and Actuators B. Vol. 105, no. 1, pp. 28-38. 14 Feb. 2005 Digitális perisztaltikus pumpa, sejt feltöltésre Mikrofluidikai üzemanyagcella Optofluidikai eszköz: hangolható mikro lencse mátrix DNS mikromátrix, proteinek kimutatására DNS szekvencia kiolvasása µTAS: Micro Total Analysis System (Teljeskörű mikro analitikai rendszer)
Általános fogalmak Mivel egy új és jelenleg is gyorsan fejlődő tudományterületről van szó, a fogalomtár folyamatos bővülése, a meglévő fogalmak tartalmának kisebb változása várható. A fogalmak nagy része az angol nyelvű szakszavak magyar fordításával jött létre. Sok esetben az angol nyelvű szakszó magyar nyelvi megfelelőjét még nem fogadta el teljes mértékben a szakma, és jelenleg többféle verzió is használatos (Például a „lab-on-a-chip” elnevezésnek még nincs magyar megfelelője. A magyar szaknyelvben mind a „chip”, és a „csip” írásmód használatos, de néha a „lapka” kifejezés is megjelenik.) Előfordulhat, hogy ugyanazon fogalmat több, kissé eltérő értelemben használnak.
A mikrofluidika (microfluidics) olyan eszközök és eljárások tervezésével, kivitelezésével és tanulmányozásával foglalkozó tudományterület, amelynél nL-pL térfogatú folyadékminták áramoltatása, manipulációja vagy elemzése történik. Egy másik gyakran használatos definíció szerint a mikrofluidika a folyadékoknak olyan csatornákban való áramlásával foglalkozik, melyeknek legalább egyik dimenziójának mérete 1-50 μm tartományú. (Az utóbbi definíció alapján azonban sok olyan klasszikus (pl. kromatográfiás, elektroforetikus) módszer is a mikrofluidika tárgykörébe tartozna, amelyeket többnyire nem értünk oda.)
A mikrofluidikai eszközök (microfluidic device) olyan legfeljebb néhány négyzetcentiméter területű eszközök (leggyakrabban lapkák), amelyek jellemzően μm-mm méretű folyadékrendszereket foglalnak magukba, és amelyekben nL-pL térfogatú folyadékminták áramoltatása, manipulációja, elemzése történik. A mikrofluidikai eszközök elnevezés mellett a mikrofluidikai csip (microfluidic chip) és a mikrocsip elnevezések is használatosak.
A mikrofabrikálás (microfabrication) olyan fizikai, kémiai módszerek összessége, melyekkel mikrofluidikai eszközöket lehet kialakítani.
A lab-on-a-chip olyan mikrofluidikai eszköz, amelyekben több laboratóriumi műveletet lehet egyidejűleg vagy egymást követően végrehajtani.
A fotolitográfia a mikrofabrikálás során gyakran használatos eljárás, melynek során egy hordozóra (pl. szilíciumlapra) felvitt fényérzékeny rétegből bizonyos részek szelektíven eltávolíthatók a fényérzékeny réteg maszkon keresztül történő megvilágítása és kémiai kezelés (pl. oldószeres előhívás) útján, μm-mm méretű struktúrák kialakítása céljából.
A lágy litográfia (soft lithography) olyan módszer, melynél egy megfelelő öntőforma segítségével rugalmas polimerekből (elasztomerekből), tipikusan polidimetilsziloxánból (PDMS), mikrofluidikai eszközök másolatait (replikáit) lehet előállítani.
Irodalom
Whitesides, G. M.; "The origins and the future of microfluidics"; Nature 2006, 442, 368-373. http://www.nature.com/nature/journal/v442/n7101/abs/nature05058.html Squires, T. M.; Quake, S. R.; Reviews of Modern Physics 2005, 77, 977-1026. Microfluidics: Fluid physics at the nanoliter scale Landers, J. P.: Handbook of Capillary And Microchip Electrophoresis And Associated Microtechniques, CRC Press, 2008 ()
További információk http://www.ett.bme.hu/upload/1236975574663.3_2a416e313c08d2617f710beb11a0b4c9/Horvath_Eszter_-_Mikrofluidika.pdf http://mahara.eet.bme.hu/view/view.php?id=100 http://www.vg.hu/kozelet/vg_online/kozelet_-_belfold/071219_mikrofluidika_201561 https://web.archive.org/web/20120628092427/http://alag3.mfa.kfki.hu/mfa/nyariiskola/01d_Mikrofluidika/index.htm http://www.nature.com/nature/journal/v442/n7101/abs/nature05058.html http://www.eotvos.u-szeged.hu/sites/default/files/muhelyek/bioszmuhely/GalajdaP_DG.pdf
Jegyzetek
Kategória:Biotechnológia Kategória:Kontinuummechanika