Microfluidik, mikro ölçekte sıvı işleme teknolojisini geliştiren bir araştırma alanıdır. Sıvıların dar kanallar ve kanalcıklar içeren minyatür cihazlar (veya çipler) üzerinde hareket ettiği bu teknoloji, sıvıların kompakt ve sıkışık koşullarda benzersiz davranışlar sergilemesini sağlar. Bu özgün davranışlar, hızlı sonuçlar elde etmek ve yüksek verim sağlamak için manipüle edilebilir.
Mikroakışkanlar (Microfluidik), mikro boyutlu cihazlardaki kanallardan geçen sıvıların incelenmesinin yanı sıra bu tür sistemlerin pratik uygulamasını ifade eder.
Mürekkep püskürtmeli yazıcı ve evde yapılan hamilelik testleri gibi ev eşyalarında mikroakışkan teknoloji kullanılıyor; ancak en yaygın mikroakışkan uygulama tıptadır.
Gen dizileme biyoteknoloji şirketi 10x Genomics’te mikroakışkanlar mühendisliğinin kıdemli yöneticisi Tobias Wheeler, Dahili’ye, mikroakışkanlarla “tüm bir laboratuvarın zemin alanını gerektiren bir iş akışının tek bir cihazda uygulanabileceğini” söyledi.
COVID-19 ve diyabet gibi toksinlerin tespitinden basit bir kan panelinin çalıştırılmasına kadar çeşitli teşhis test kitleri, hızlı, yerinde bakım için mikroakışkanları kullanır. Aynı zamanda DNA dizilimi ve genomik tek hücre analizi gibi daha gelişmiş prosedürlerde de kullanılır. Mikroakışkanlar halk sağlığı sektöründe de görülebilir: bir içme kaynağındaki kirletici maddelerin belirlenmesi, ulusal savunmada biyolojik tehditlerin izlenmesi ve yiyecek ve içecek endüstrisinde çabuk bozulan maddelerin kalitesinin izlenmesi.
Mikroakışkanlar (Microfluidik) nedir?
Mikroakışkanlar, küçük miktarlarda sıvının aktığı kanallar ve tüneller içeren mikro boyutlu cihazlar kullanan, gelişen bir teknolojidir.
Twist Bioscience’ta sentetik DNA bazlı ürünler geliştiren kimya mühendisi Manasi Raje, “Mikro ölçekte, sıvıların fiziği sezgisel olmayabilir” dedi. Sonuç olarak, paralel akışlar halinde akan oldukça öngörülebilir, düzenli sıvılar elde edilir. Laminer akış olarak bilinen bu olay, mikroakışkanların hassas çalışmasını mümkün kılan şeydir.
Mikroakışkanlar, sıvı akış durumlarına ilişkin çalışmaları daraltarak yerini çok disiplinli bir bilimsel keşif okyanusuna bıraktı. Gerçek zamanlı olarak yüksek verimli sonuçlar sağlayan hassas, otomatikleştirilmiş süreçler yaratılmıştır. Bu sistemlerin üretimi genellikle ucuzdur ve değerli sıvıları (insan kanı gibi) korurken ve tehlikeli aktörlere (antikorlar ve radyofarmasötikler gibi) maruz kalmayı sınırlandırırken minimum numune hacmiyle büyük ölçekli çalışmaları yakalar.
Mikroakışkanlar ve biyomateryaller araştırmacısı Atul Dhall, Integrated In’e şunları söyledi: “Mikroakışkan teknolojiler, daha ucuz, daha verimli analitik sistemler oluşturmanın ve [kaynakların] minimum kullanımıyla yüksek verimli testler gerçekleştirmenin yollarını sunuyor.” “Akışkan dinamiğinin önemli olduğu tüm endüstrilerde potansiyel etkileri var.”
Mikroakışkanlar nasıl çalışır?
Plastikten, camdan, jelden ve hatta kağıttan yapılabilen bir mikroakışkan sistem, dar mikrokanallar ve rezervuarlardan oluşan bir desenle işlenmiştir. Daha sonra sıvılar ilgili girişlere yüklenir ve çeşitli yöntemler kullanılarak mikrokanallardan geçirilir. Bazı cihazlar, basınca dayalı bir akış oluşturmak için pompalar ve valflerle donatılmıştır; diğerleri çözümü kanallarından çekmek için yüzey gerilim kuvvetlerinden yararlanır. Dairesel tasarımlar bir akış oluşturmak için basitçe merkezkaç kuvvetine yaslanırken, diğerleri çözelti içindeki parçacıkları veya çipin altyapısını elektrikle yükleyerek sıvıyı harekete geçirir.
Wheeler’a göre bu etkileşimler üç sonuçtan biriyle sonuçlanacak. Maddeler bir araya getirildiğinde kimyasal reaksiyona neden olabilir, bir ürün (yağ içinde su tipi emülsiyon veya mikropartiküllerden oluşan entegre, işlevsel bir yapı gibi) veya ayrılma oluşturabilir.