مقدمه ای بر زمینه میکروفلوئیدیک

علم میکروفلوئیدیک (Microfluidics) از علوم نوظهور بوده که تسلط انسان بر نیروهای حاکم بر یک سیستم یا فرایند را میسر می­سازد. میکروچمبرها (microchambers)، میکروکانال­ها، میکرومیکسرها و میکروراکتورها را می­توان عمده ترین تجهیزات بکاربرده شده در زمینه میکروفلوئیدیک نامید که به طور خلاصه قطر (هیدرولیکی) در این نوع تجهیزات بسیار کمتر از 1 میلی­متر است. در این نوع تجهیزات، دست مهندسان برای طراحی و تغییر پارامترهای هندسی بسیار باز بوده و کنترل بسیار دقیق پارامترهای عملیاتی به سادگی مقدور است. از این­رو، کنترل و مهندسی پدیده­های انتقال شامل مومنتوم، حرارت و جرم در تجهیزات میکروفلوئیدیک به طور قابل ملاحظه­ای ساده­تر از تجهیزات متداول مانند تانک­های همزن­دار و برج­هاست. علاوه بر کنترل دقیق پدیده­های انتقال، ضرایب انتقال جرم و حرارت در تجهیزات میکروفلوئیدیک صد تا هزار برابر بیشتر از آن­ها در تجهیزات متداول می­باشد. لذا، استفاده از این نوع تجهیزات در فرایندهایی نظیر داروسازی، سنتز نانوذرات و کپسوله کردن برای حصول محصولات ویژه و ارزشمند که ظرفیت تولید بالایی نداشته اما رسیدن به محصول با ویژگی­های هدف­گذاری شده بسیار مهم است، می تواند کارآمد باشد.

ویژگی­های منحصر به فرد تجهیزات میکروفلوئیدیک، پای آن­ها را به علوم پزشکی و ژنتیک نیز باز کرده و می توان گفت در حال حاضر سهم قابل توجهی از تمرکز روی استفاده از این نوع تجهیزات در این دو علم است. انواع سلول­ها را می­توان در میکروچمبرها با کنترل بالا کشت داده و تغذیه نمود تا در زمینه­هایی مانند بررسی داروهای جدید، تشخیص و درمان سرطان گام­های ارزشمندی برداشت. مفاهیم Lab on a Chip، Organ on a Chip، Tumor on a Chip و Body on a Chip از جمله مواردی است که در این رابطه می­توان نام برد و شرایطی را فراهم آورده که در سیستم­های متداولِ مطالعه سلولی قابل دست­یافتن نبوده و این امر سبب یافتن نتایج نو و ارزشمند در علوم پزشکی و ژنتیک طی سال­های اخیر شده است.

جداسازی ذرات مهم بیولوژیکی از جمله انواع RNA، اگزوزوم­ها (Exosomes) و پروتئین­ها و سلول­های سرطانی در گردش خون (CTCs) از مایعات بیولوژیکی بدن مانند خون، ادرار و بزاق نیز با استفاده از تجهیزات میکروفلوئیدیک با کنترل و بازدهی بالایی قابل انجام بوده و جزء زمینه­های در مرز دانش است.

The fugure reference: ACS Nano 2021, 15, 11, 17047–17079

Keywords: microfluidics, microchannels, microreactors, Lab on a Chip, Tumor on a Chip, nanoparticles/RNA/DNA/protein/exosome/CTC separation