آزمایشگاه روی تراشه LAB-ON-A-CHIP (LOC) [1] دستگاهی است که از یک یا چند عملگر آزمایشگاهی روی یک تراشه به ابعاد چند میلیمتر یا سانتیمترمربع تشکیل شده است. LOC با حجمهای بسیار کم مایعات حتی کمتر از چند پیکولیتر[2] سروکار دارد و زیرمجموعهای است از سیستمهای میکروالکترومکانیکی[3] که اغلب با نام “میکروسیستمهای تحلیل کلی µTAS [4] ” شناخته میشود. میکروسیالی[5] اصطلاح گستردهتری است که دستگاههای مکانیکی کنترل جریان مثل پمپها، سوپاپها و سنسورها (جریانسنجها و ویسکومتر[6]ها) را توصیف میکند.
1- چکیده
فناوری میکروسیالی یکی از فناوریهایی نوین است که توانسته با بهرهگیری از خواص ویژهی سیالات در مقیاس میکرو و نانولیتر، همچنین با کاهش هزینهها و زمان آزمایش، کاربردهای گستردهای در بخشهای تحقیقاتی و درمانی زیستشناسی و پزشکی به خود اختصاص دهد. یک دستگاه میکروسیالی، تراشهای از جنس سیلیکون[7]، شیشه یا الاستومر[8] است که کانالهایی با ابعاد میکرونی در آن تعبیه شده و سیالات درون این لولهها جریان پیدا میکنند. بر اساس نیاز میتوان تراشههایی طراحی کرد که عملیات مورد نظر در آزمایشهای معمول زیستی و پزشکی را در ابعاد کوچک انجام دهد. اصطلاح «آزمایشگاه روی تراشه» بعدها مطرح شد، زمانی که مشخص شد فناوری µTAS به طور گسترده و بیشتر از مقاصد تحلیلی، کاربرد دارد.
2- مقدمه
منظور از حجمهای میکرونی، حجمهای کوچکی از سیالات در حد میکرولیتر، نانولیتر و پیکولیتر است. وجود ساختمانهای خاص درون تراشه از قبیل کانالها، دریچهها، مخلوطکنندهها و پمپها، این قابلیت را به دستگاه میدهد که یک یا چند نوع سیال به درون آن وارد شوند؛ در طول کانالها حرکت کنند؛ در صورت نیاز برای مدتی در بخشی از تراشه ذخیره شوند؛ با هم مخلوط شده و یک واکنش خاص را ایجاد کنند و در نهایت محصولات اصلی و ضایعات به وجود آمده، به وسیلهی خروجیها به بیرون دستگاه منتقل شوند. تمام این فرآیندها را میتوان به وسیلهی انواع روشهای دیدهبانی، مانند استفاده از میکروسکوپهای نوری و فرابنفش دنبال کرد. علاوه بر این، خواص فیزیکی و شیمیایی سیالات در حجمهای کم و درون لولههای موئین، با خواص آنها در مقیاس ماکرو، متفاوت است. این مسئله در بسیاری موارد سبب شده کار با سیالات در این حجم راحتتر باشد. همچنین از این خواص برای طراحی تراشهها و ایجاد عملکردهای خاص مانند حرکت سیال درون کانال و یا مخلوط کردن سیالات بهرههای فراوانی برده میشود (شکل 1).
شکل١. نمونههایی از سیستمهای میکروسیالی [1 و 2]
سیستمهای میکروسیالی، طیف وسیعی از کاربردها را دارند. به دلیل اینکه در حوزهی زیستشناسی و پزشکی آزمایشهای تحقیقاتی و تشخیصی فراوانی وجود دارد که در آنها نمونهها و مواد محلول مورد آزمایش هستند؛ بخش گستردهای از کاربردهای این سیستم، در این حوزهها است. به این ترتیب که، هر بخش از تراشه عملکردی برابر با یک قسمت از آزمایشگاه دارد. بنابراین این فناوری “آزمایشگاه روی تراشه” نیز نامیده میشود (شکل 2).
شکل2. شماتیک آزمایشگاه بر روی تراشه [3]
3- ساختمان و اجزای تراشه
مبنای فرایند ساخت بیشتر LOCها لیتوگرافی نوری[9] است. در ابتدا بیشتر فرآیندها بر روی سیلیکون بودند، اما توسعهی این فرآیندها مستقیماً از ساخت نیمههادی[10] ناشی شد. به دلیل درخواستهایی مثل ویژگیهای خاص نوری، سازگاری زیستی/شیمیایی، کاهش هزینههای تولید و نمونهسازی سریعتر، فرآیندهای جدیدی نظیر اچ کردن[11] شیشه، سرامیک و فلز، رسوبدهی[12] و باند کردن[13]، فرآوری پلیدیمتیلسیلوکسان[14] (مثل لیتوگرافی نرم[15])، فیلم ضخیم و استریولیتوگرافی[16] توسعه یافتهاند. تقاضا برای ساخت ارزان و آسان LOC منجر به ایجاد روش ESCARGOT[17] برای تولید تراشههای کوچک از PDMS شد. در این روش از داربست تجزیهشدنی ساخته شده با چاپگر سه بعدی با کانالهای میکروسیالی در یک بلوک واحد PDMS استفاده میشود. LOC زمینههای مختلفی نظیر لیتوگرافی مبتنی بر فناوری میکروسیستمها، نانوفناوری و مهندسی دقیق را شامل میشود.
3-1- ماده سازنده
با توجه به الهام گرفتن میکروسیال از میکروالکترونیک، اولین مواد مورد استفاده برای ساخت این تراشهها سیلیکون و شیشه بودند. با وجود مزایای این مواد از جمله پایداری شیمیایی، عواملی از جمله گران بودن و غیرشفاف بودن سبب شد مواد جدیدی برای ساخت تراشهها استفاده شود. در حال حاضرPDMS و دیگر پلیمرهای بر پایهی siloxane به صورت گستردهای در ساخت تراشههای میکروسیالی به کار میروند. این ماده مزایای فراوانی برای کاربرد در مصارف زیستی دارد. از جمله این که شفافیت آن امکان بررسی به وسیله میکروسکوپ نوری و فرابنفش را فراهم میآورد. PDMS در برابر گازهایی مانند N2، CO2 و O2 نفوذپذیر است که این خصوصیت برای بررسی و حیات سلولهای پستانداران در چنین سیستمهایی کاملاً ضروری میباشد. همچنین، غیرسمی بوده و باعث مرگ سلولها نمیشود. و از آنجاکه این ماده قابل اتوکلاو است، تراشه دارای قابلیت استریل شدن بوده و بنابراین میتواند مجدداً مورد استفاده قرار گیرد. بعلاوه، خواص سطحی این ماده را میتوان بر اساس نوع کاربرد تراشه تغییر داد.
3-2- خواص فیزیکی سیالات در میکرو لولهها
بهرهگیری از خواص متفاوت فیزیکی سیالات در میکرولولهها، سهم قابل توجهی در توسعهی فناوری میکروسیالی ایفا کرده است. این تفاوتها، کارکردهایی را ایجاد میکند که دستیابی به آنها در مقیاس ماکرو بسیار سخت و یا حتی غیرممکن است.
از جملهی این خواص، متفاوت بودن نوع حرکت سیالات در میکرولولههاست. در مقیاس ماکرولیتری، حرکت سیالات به صورت جریانات همرفتی است و مخلوط شدن به صورت آشفته و در تمام جهات انجام میپذیرد. در مقابل در حجمهای میکرونی و نانویی از سیالات که درون میکرولولهها جریان دارند؛ حرکت سیال به صورت خطی و جریان لامینار[18] است و تنها در جهت موازی با دیوارهی لوله صورت میگیرد. این خاصیت، نیاز به صرف انرژی برای هدایت مسیر حرکت سیال درون کانال را مرتفع کرده، سبب سهولت در آزمایش میشود. همچنین در صورت تزریق همزمان دو نوع سیال در میکرولوله، این دو مخلوط نشده و تنها به صورت موازی جریان پیدا میکنند.
یکی دیگر از خواص مورد استفاده در میکروسیستمها جریان الکترواسمزی[19] است که از حرکت سیال حاوی یون درون میکرولولهای که در سطح آن یونهای ثابتی وجود دارد و در طول آن پتانسیل الکتریکی برقرار شده؛ ایجاد میشود. در جریان معمول سیال، سطح پیشروی سیال سهمیوار است. در مقابل جریان الکترواسمزی یک سطح صاف در مقطع لوله ایجاد میکند که این امر سبب افزایش قدرت تفکیک در جداسازی سیالات میشود.
3-3- اجزای دستگاه
در یک دستگاه میکروسیالی ساختارهایی تعبیه میشود که عملکرد آنها سبب هدایت سیالات درون تراشه و ایجاد واکنشهای مورد نظر میشود. از جمله میتوان به دریچهها، مخلوطکنندهها و پمپها اشاره کرد.
دریچه محلی است که دو یا چند کانال به هم میرسند؛ بنابراین نقش دریچهها هدایت مسیر سیالات است. گاهی هدایت جریان به وسیلهی دریچههای غیرمکانیکی صورت میگیرد. مثلاً با استفاده ازخواص جریان الکترواسمزی یا با ایجاد قطعات آبگریز روی سطح کانال. دریچههای مکانیکی نیز قطعات متحرکی از جنس سیلیکون، شیشه یا PDMS هستند که در عرض کانال قرار گرفته و باز و بسته میشوند.
با توجه به حرکت خطی سیالات درون میکرولولهها و کند بودن مخلوط شدن سیالات، در دستگاههایی که مخلوط شدن سریع مد نظر است از مخلوطکنندهها استفاده میشود. مخلوطکنندهها به دو نوع غیرفعال و فعال تقسیم میشوند. مخلوطکنندههای فعال (مانند: اولتراسونیک ، الکترو- هیدرودینامیک ، روشهای مغناطیسی یا حرارتی) توسط یک منبع انرژی خارجی سیال را تکان داده یا به گردش در میآورند. مخلوطکنندههای غیرفعال بدون هیچ انرژی خارجی و با تکیه بر ویژگیهای ذاتی جریان عمل اختلاط را انجام میدهند.
جابهجایی سیالات در تراشه معمولاً با بهرهگیری از سازوکارهای غیرفعال صورت میگیرد. با این حال بسیاری از سیستمهای میکروسیالی برای وارد کردن سیال و جابهجایی آن درون دستگاه از پمپهای فعال بهره میبرند. پمپها به دو دستهی اصلی مکانیکی و غیرمکانیکی تقسیم میشوند.
4- کاربرد فناوری آزمایشگاه بر روی تراشه در زیستشناسی سلولی و مولکولی
وجود مزایای فراوان از جمله کاهش حجم نمونهها، تولید مقادیر کم ضایعات و صرفهجویی در وقت و هزینه، سبب شده است تا فناوری میکروسیالی کاربران فراوانی را در بخشهای مختلف زیستشناسی، شیمی، مهندسی و پزشکی جذب کند. علاوه بر این تراشههای میکروسیالی میتوانند سازندهی ساختارهایی باشند که ابعاد آنها متناسب با ابعاد سلولهای پروکاریوت[20] (جانداری که سلولهایش دارای هستهی واقعی و غشای هستهای نمیباشد مانند باکتری) و یوکاریوت[21] (جانداری که سلولهایش دارای هستهی مشخصی بوده که مادهی ژنتیکی را از سیتوپلاسم (سایر محتویات درون سلول) جدا میکند) است. این ویژگی سبب شده فناوری میکروسیالی به صورت ویژهای برای مطالعات زیستشناسی سلولی مفید واقع شود. برخی از مهمترین کاربردهای فناوری میکروسیالی شامل موارد زیر میباشد (جدول 1):
جدول 1. برخی از مهمترین کاربردهای فناوری آزمایشگاه بر روی تراشه در پزشکی و بهداشت
| فناوری | توضیح | کاربرد فناوری آزمایشگاه بر روی تراشه (میکروسیالی) | |
| مطالعات سلولهای بنیادی | * توانایی ویژهی سلولهای بنیادی برای تمایز به انواع سلولها
* استفاده از آنها در بخشهای درمانی و پژوهشی و بررسی عوامل مؤثر بر تمایز آنها * بررسی محیط پیرامون سلولهای بنیادی شامل عناصری مانند: مادهی زمینهای سلولی، عوامل بیوشیمیایی و فیزیکوشیمیایی و همچنین محرکهای مکانیکی بر تکثیر و تمایز آنها |
– ساخت سیستم میکروسیالی برای تولید شیب غلظتی از مواد زمینهی درون محیط کشت برای بهینهسازی تکثیر و تمایز سلولهای بنیادی عصبی در محیط کشت برای مدت زمان بیش از یک هفته در دستگاه کشت
– سالم ماندن سلولها در مدت زمان کشت و درجات متفاوتی از تمایز متناسب با غلظت فاکتور رشد در سیستم میکروسیالی |
|
| بررسی حرکت شیمیوتاکسی[22] نوتروفیل[23] | * بررسی رفتار سلولهای نوتروفیل در فرآیند شیمیوتاکسی (فرآیند التهاب بافت) | – بررسی مهاجرت نوتروفیلها در التهاب بافت در یک شیب غلظتی از مواد (شکل 3) | |
| مطالعهی بخشی از سلول: مطالعهی آکسون[24]ها | * مطالعه سلولهای عصبی و مخصوصاً بررسی فرآیند میلیندار[25] شدن و صدمات آکسونی و باززایی[26] آنها
* بررسی بیماریهای اکتسابی مرتبط با آکسون مانند آلزایمر |
– ساخت تراشه میکروسیالی برای مطالعه آکسون که دارای دو بخش مجزا با مانع فیزیکی شیاردار، رشد جوانههای عصبی از شیارها
– رشد زوائد عصبی (آکسون) در بخش جدا و مطالعه روی آن (شکل 4) |
|
| آنالیز اسیدهای نوکلئیک[27] | * بررسی اسیدهای نوکلئیک و DNA
* نیاز به انجام چندین مرحله آمادهسازی نمونه از خون انسان و جداسازی DNA از آن و در ادامه انجام آنالیزهای مورد نیاز روی آن |
– ساخت و استفاده از دستگاه میکروسیالی برای استخراج نمونه و شناسایی DNA در خون (شکل 5)
– دریافت نمونه خون به عنوان ورودی دستگاه و انجام تمام فرآیندهای آمادهسازی نمونه در آن |
|
| مطالعات دارویی | * نیاز به انجام طیف وسیعی از آزمایشهای سلولی و مولکولی در صنایع داروسازی درون آزمایشگاههای مطالعاتی و کنترل کیفی شرکتها و مراکز مطالعاتی
* فراوانی محدودیتها از جمله زمان طولانی و صرف هزینههای بالا در سیستمهای آزمایشاتی ماکرو در مراکز نامبرده
|
– طراحی و استفاده برای آزمایشهای پیشکلینیکی از قبیل بررسی سمیت دارو بر سلولهای طبیعی و بیمار، اثرات جمعی داروها بر درمان و اثر دارو بر بافت خونی حیوانات به صورت مستقیم و بدون نیاز به نمونهگیری
– ساخت سیستمهای کلینیکی میکروسیالی سیلیکونی با رهایش کنترل شده دارو توسط تحریک الکتریکی، اعمال چرخهی رهاسازی مشخص از دارو برای ثابت نگهداشتن غلظت دارو در بدن بیمار |
|
| بهداشت عمومی | * مصرف و نیاز به حجم نمونه بالا در ابزارهای تشخیصی مورد استفاده در آزمایشگاهها و مراکز درمانی. | – ساخت ابزارهای با سیستمهای میکروسیالی با مصرف حجم نمونهی کم، همچنین با کارکرد ساده قابل استفاده در آزمایشگاهها توسط زیستشناسان، مأموران پلیس، مراکز درمانی و حتی مردم عادی غیر متخصص در منازل (شکل 6) | |
| تشخیص ویروس ایدز | * ابتلاء حدود 40 میلیون نفر به ویروس ایدز در جهان،
* عدم دسترسی آزمایش برای حدود 90% مبتلایان به ویروس ایدز، * اندازهگیری تعداد لنفوسیت تی کمککننده[28] در خون افراد راهی صحیح و مطمئن برای تشخیص فرد بیمار و دنبال کردن فرایند بیماری |
– روش سیتومتری[29] روش استاندارد برای نشان دادن تعداد CD4 ها، عدم دسترسی در کشورهای در حال توسعه به دلیل پیچیدگی تکنولوژی
– استفاده از LOC برای تشخیص و مدیریت ویروس ایدز – ایجاد سیتومتری تشخیصی با تکنولوژی LOC با قیمتی معادل ۵ دلار |
شکل3. سیستم میکروسیالی ایجادکننده شیب غلظتی، به منظور مطالعهی حرکت نوتروفیلها در شیب غلظتی اینترلوکین8 [4]
شکل4. مطالعهی جداگانهی آکسونها با استفاده از تراشههای میکروسیالی [5]
شکل5. شکل شماتیک و تصویر یک تراشه مرکب برای آنالیز DNA ، مراحل آمادهسازی نمونه، انجام PCR و تشخیص به وسیلهی میکرواری، همگی در یک دستگاه انجام میشوند. [6]
شکل 6. نمونهای از تراشه میکروسیالی تشخیصی [7]
5- محصولات تولید شده آزمایشگاه بر روی یک تراشه (دستگاههای میکروسیالی)
در جدول 2 به برخی از محصولات تولید شده به کمک آزمایشگاه بر روی یک تراشه (دستگاههای میکروسیالی) موجود در بازار اشاره شده است.
جدول 2. برخی محصولات آزمایشگاه بر روی یک تراشه (دستگاههای میکروسیالی)
| شرکت | محصولات/دستگاه | مواد تراشه
اندازه تراشه |
کاربرد(ها) | تصویر |
| Agilent Technologies
http://www.chem.agilent.com |
Agilent 2100
Bioanalyzer |
کوارتز ذوب شده
8/1×8/1 سانتی متر |
تجزیه و تحلیل DNA و RNA و طیف گستردهای پارامترهای سلول. اندازهگیری سریع و کمی پروتئینها | |
| سیستم Agilent 1200
سری HPLC-Chip/MS |
پلیمر | تراشه میکروسیالی بر اساس فناوری جدید نانواسپری | ||
| BF-Biolabs
www.bf-biolabs.com |
میکرو آرایههای سفارشی | اسلایدهای پوشش داده شده
25×75 میلی متر و سفارشی |
بررسی بیان ژن | – |
| سرویس کامل : سنجش بیان ژن و SNP [30]، مدیریت اطلاعات | 25×75 میلی متر و سفارشی | بررسی بیان ژن | – | |
| هد پرینتر مخصوص میکروآرایهها | – | بررسی بیان ژن | – | |
| BioCat
www.biocat.de |
سوبسترا[31] متعدد با آرایه MSA [32] | اسلاید شیشهای[33] | بررسی پروفیل چسبندگی سولی و جمعیت آنها در مقابل درمان یا عدم درمان در برابر یک عامل خاص | – |
| RayBio بر پایه برچسبهای موشی و انسانی با چگالی بالا با آرایه آنتیبادی | اسلاید شیشهای | بررسی بیان و غربالگری برخی از پروتئینها هدف (انسانی و موشی) مانند فاکتورها رشد و رگزایی در محیط کشت سلولی | – | |
| RayBio بر پایه برچسبهای موشی و انسانی با آرایه سیتوکین[34] | اسلاید شیشهای | تشخیص همزمان تغییرات سطح بیان سیتوکینها مانند مرگ سلولی، التهاب و غیره | – | |
| Quantibody موشی و انسانی با آرایه آننیبادی سیتوکین[35] | اسلاید شیشهای | اندازهگیری همزمان غلظت سایتوکاین در سرم، پلاسما و سایر مایعات بدن | – | |
| Bio-Rad Laboratories
www.bio-rad.com |
سیستم الکتروفورز خودکار | تراشههای شیشهای | تجزیه و تحلیل DNA و RNA و پروتئینها | |
| Caliper Life Sciences www.caliperls.com | EZ Reader | – | بررسی پروفایل داروهای آزمایش | |
| Carl Zeiss MicroImaging www. Zeiss.de/microdissection | AmpliGrid | – | بررسی ژنتیکی تک سولی، تعیین توالی تک سلولیها، سلولهای بنیادی | |
| febit biomed
www.geniom.eu, www.febit.eu |
آرایه Geniom | بررسی 8 آرایه مستقل با تراشه از میکروکانال یکبار مصرف، هیبریداسیون موازی 8 نمونه مختلف | پروفایل میکرو RNA، پروفایل بیان ژن؛ بررسی پاتوژن و ویروس، آنزیم بر روی تراشه | – |
| GeSiM
www.gesim.de |
MicCell | PDMS معمولی
22×22 میلی متر |
آزمایش چسبندگی سلول، بررسی تنش برشی بر روی سلول و غیره | |
| Greiner Bio-One
www.gbo.com/bioscience |
PapilloCheck | تراشه DNA برای 12 آنالیز | برای تشخیص زود هنگام سرطان رحم | |
| CytoCheck | تراشه DNA برای 12 آنالیز | تشخیص 40 گونه متفاوت مایکوپلاسما[36] | ||
| ParoCheck | تراشه DNA برای 12 آنالیز | تشخیص 10 یا 20 باکتری مرتبط با بیماریهای دهانی و لثهای | – | |
| CarnoCheck | تراشه DNA برای 12 آنالیز | تشخیص ترکیبات پیچیده در مواد غذایی و محصولات | ||
| HairLoopCF | تراشه DNA برای 12 آنالیز | تشخیص همزمان چندین جهش متداول در ژن | – | |
| HSG-IMIT
www.hsg-imit.de |
آزمایشگاه بر روی تراشه | پلیکربنات، PDMS | PCR | |
| ibidi
www.ibidi.de |
حامل ECIS | حامل از مواد پلاستیکی با الکترود طلا | روش بهبود زخم، سنجش مهاجرت سلولی، رشد سلول | |
| ibidi μ-Slides | مواد پلاستیکی
اسلاید شیشهای استاندارد |
تصویربرداری ایمونوفلورسانس سلول، رگ زایی، سنجش جریان و بهبود زخم | ||
| microfluidic ChipShop
www.microfluidic-chipshop.com |
ChipGenie نوع T | پلیکربنات[37]
25×75×5/1 میلی متر |
PCR | |
| ChipGenie نوع E | پلیمرهای مختلف
16 × 95 میلی متر |
الکتروفورز موئین | ||
| آزمایشگاه روی تراشه، تراشه کاتالوگ[38] و پشتیبانی از میکروسیالی | پلیمرهای مختلف | میکروسوپ، زیستشناسی سلولی و الکتروفورز | ||
| Micronit Microfluidics
www.micronit.com |
تراشه میکروسیالی | شیشه | استفاده در سنتز دارو، تشخیص و درمان، استفاده در تجزیه مواد غذایی و کشاورزی |
6- وضعیت فناوری در جهان
مطالعـات و تحقیقـات زیـادی در این زمینـه در جهان صـورت پذیرفتـه اسـت. ایـن مطالعـات بـا هـدف ایجـاد و توسـعه فنـاوری نانـو و اصـلاح محصـولات نانـو در سـطوح مختلــف مــورد بررســی و کنــکاش قــرار گرفتــه اســت. از مجموعه فعالیتهای انجام شده، موارد زیر قابل اشاره هستند:
جدول 5. ثبت اختراعات جهانی تراشههای میکروسیالی
| عنوان اختراع | نماینده | سال ثبت اختراع | شماره ثبت |
| BIO LAB-ON-A-CHIP AND METHOD OF FABRICATING AND OPERATING THE SAME | ELECTRONICS AND TELECOMMUNICAATIONS RESEARCH INSTI | 2010 | US 20100304501 |
| Method and apparatus for measuring fluorescence polarization in lab-on-a-chip | Korea Institute of Science and Technology | 2008 | US 7427509 |
| METHOD FOR PRODUCING A BIOREACTOR OR LAB-ON-A-CHIP SYSTEM AND BIOREACTORS OR LAB-ON-A-CHIP SYSTEMS PRODUCED THEREWITH | FRAUNHOFER-GESELLSCHAFT ZUR FÖRDERUNG DER ANGEWANDTEN FORSCHUNG E.V. | 2008 | WO/2008/025351 |
| FABRICATION SYSTEM FOR LAB-ON-A-CHIP (LOC) DEVICES WITH DIFFERING APPLICATION SPECIFIC FUNCTIONALITY | Geneasys Pty Ltd | 2011 | US 20110312841 |
| METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING FLUORESCENCE POLARIZATION USING LAB-ON-A-CHIP | KOREA INST OF SCINENCE & TECHNOLOGY | 2007 | JP2007139744 |
| Software systems for development, control, programming, simulation, and emulation of fixed and reconfigurable lab-on-a-chip devices | LUDWIG LESTER F. | 2013 | US 8396701 |
| Smart disposable plastic lab-on-a-chip for point-of-care testing | The University of Cincinnati | 2005 | US 20050130292 |
7- مزایای LOC
استفاده از این تراشهها در انواع کاربردها مزایای فراوانی دارد؛ که سبب شده این فناوری به یک فناوری جذاب و به سرعت در حال توسعه تبدیل شود. در زیر به برخی از مهمترین مزایای آن اشاره شده است.
- زمان بسیار کمتر برای انجام آزمایش و در نتیجه مصرف حجم کمی از نمونههای مایع (اتلاف کمتر ماده و انرژی، هزینههای کمتر و کم بودن حجم نمونه مورد نیاز برای تشخیص)
- تحلیل سریعتر و زمان پاسخگویی کمتر به دلایل چون فواصل کوتاه جریان نمونه درون کانالها، کم بودن ظرفیت گرمایی و در نتیجه گرم شدن سریع و نسبت بالای سطح به حجم
- فشردگی سیستم به دلیل یکپارچگی بیشتر و حجم کم سیستم
- اجازهی تولید انبوه تراشهها به دلیل قیمت پایین ساخت و مقرون به صرفه بودن تراشههای یکبار مصرف
- تولید تراشههای امن برای مطالعات شیمیایی، رادیواکتیو و زیستی
- انجام فرآیند جداسازی و تشخیص، با حساسیت و قدرت تفکیک بالا
- کاهش دخالت نیروی انسانی در انجام کار، در نتیجه جلوگیری از ایجاد بسیاری از آلودگیها
8- معایب LOC
- جدید بودن تکنولوژی LOC و عدم توسعه یافتگی کامل آن
- پیچیدگی بیشتر فرآیندها در LOCنسبت به تجهیزات مرسوم آزمایشگاهی به دلیل غالب شدن اثرات شیمیایی و فیزیکی در مقیاسهای کوچک مانند نیروهای مویینگی، زبری سطح، واکنشهای شیمیایی ساخت مواد در فرآیندهای انعکاسی
9- چالشها و تلاشهای جهانی
از آنجایی که ساختن تراشهها در مناطق با منابع محدود با محدودیتهای گوناگونی همراه است، تلاشهای بسیاری برای غلبه بر این محدودیتها باید انجام گیرد. در کشورهای توسعه یافته، ابزارهای تشخیصی بایستی فاکتورهای مهمی نظیر سرعت، حساسیت و خاص بودن برای ارگانیسمهای مختلف را دارا باشند؛ اما در کشورهایی که از زیرساختهای مراقبت از سلامت کمتری برخوردارند، خواصی مثل سهولت استفاده و زمان انقضای ابزارها نیز باید مورد توجه قرار بگیرد. معرفهایی[39] که با تراشه همراهند، برای مثال، باید طوری طراحی شوند که برای ماهها تراشه چه در محیط کنترل شدهی هوایی قرار بگیرد چه قرار نگیرد، همچنان مؤثر باقی بماند. طراحان تراشه باید مواردی نظیر قیمت، مقیاسپذیری و قابلیت بازیافت شدن را در انتخاب مواد و روشهای ساخت در نظر بگیرند.
10- نتیجه گیری
با توجه به مزایا و کاربردهای متنوع و فراوان سیستمهای میکروسیالی و همچنین انعطافپذیری بالای آنها برای تولید ساختارهای جدید، استفاده از این سیستمها جذابیت فراوانی داشته و ایجاد این فناوری در کشور امری ضروری به نظر میرسد. در حال حاضر انواع مختلفی از این دستگاهها طراحی شدهاند. با این وجود، این فناوری بیشتر در بخشهای تحقیقاتی مورد استفاده است و کمتر توانسته است به عنوان یک فناوری کاربردی وارد بازار مصرف شود. به این منظور، باید اصلاحاتی در نحوهی کاربرد و هزینههای آن صورت گیرد؛ تا تبدیل به یک روش همگانی و قابل استفاده به وسیلهی کاربران غیرمتخصص شود.
علاوه بر این، فناوری میکروسیالی، هنوز نتوانسته است ارتباط مناسبی با صنعت برقرار کند. برای برقراری این ارتباط، باید یک تفاهم دو جانبه میان مراکز دانشگاهی و صنعتی صورت گیرد. مراکز دانشگاهی باید قیمت اولیهی ایدههای خود را کاهش داده و در مقابل کاربران بخش صنعت، خطر تجاریسازی این ایدهها را بپذیرند.
—————————-
منابـــــع :
- Whitesides GM, The origins and future of microfluidics, Nature, 442, 2006.
- Paula Gould, Microfluidics realize potential, materials today, July/August 2004.
- Brivio M., Verboom W., Reinhoudt D.N, Miniturized countiniuos flow reaction vessels: influence on chemical reactions, Lab on a Chip, 6, 2006.
- Noo Li Jeon, Harihara Baskaran, Stephan K. W. Dertinger, George M. Whitesides, Livingston Van De Water & Mehmet Toner, Neutrophil chemotaxis in linear and complex gradients ofinterleukin-8 formed in a microfabricated device, Nature Biotechnology0, 826–830, 2002.
- Taylor AM, Rhee SW, Tu CH, Cribbs DH, Cotman CW, Jeon Microfluidic multicompartment device for neuroscience research.Langmuir,19 (5) : 1551–6. 2003.
- Robin Hui Liu, Jianing Yang, Ralf Lenigk, Justin Bonanno, and Piotr Grodzinski, Self-Contained, Fully Integrated Biochip for Sample Preparation, Polymerase Chain Reaction Amplification, and DNA Microarray Detection, Anal. Chem., 76 (7) , 1824–1831, 2004.
- Paul Yager, Thayne Edwards, Elain Fu, Kristen Helton, Kjell Nelson, Milton R. Tam2 & Bernhard H. Weigl, NATURE,Vol 442, 27, 2006.
—————————-
پانوشت:
[1]Lab-on-a-chip (LOC)
[2]pico-litre
[3]Microelectromechanical systems (MEMS)
[4]Micro Total Analytical Systems (μTAS)
[5]Microfluidics
[6]Viscometer
[7]Silicone
[8]Elastomer
[9]Photolithography
[10]Semiconductor
[11]Etching
[12]Bonding
[13]Deposition
[14]Polydimethylsiloxane (PDMS)
[15]Soft lithography
[16]Stereolithography
[17]Embedded SCAffold RemovinG Open Technology
[18]Laminar flow
[19]Electroosmotic flow
[20]Prokaryote
[21]Eukaryote
[22]Chemotaxis
[23]Neutrophil
[24]Axon
[25]Myelination
[26]Regeneration
[27]Nucleic acid
[28]CD4+ T lymphocytes
[29]Cytometry
[30] Single nucleotide polymorphisms (SNPs)
[31] Substrate
[32] Multiple Substrate Array, MSA™
[33] Glass slide
[34] Cytokine
[35] Cytokine
[36] Mycoplasma
[37] Polycarbonates (PC)
[38] Catalogue Chips
[39]Reagents
———————————————————————
تهیه و تنظیم:
- محمد وزیرزادهگروه ترویج صنعتی نانوپزشکی
بخش ترویج صنعتی فناوری های نانو و میکرو
====================================================================================
[جهت دسترسی به گزارش نهایی محصولات و شرکتهای دارای گواهی نانومقیاس ستاد توسعه فناوریهای نانو و میکرو به «کتب مرجع محصولات و تجهیزات نانو و صنعت» به نشانی (INDnano.ir/category/book) مراجعه کنید]
[همچنین برای دانلود فایل PDF کلیه گزارشات بهمراه جزئیات، به بخش گزارش های صنعتی پایگاه اینترنتی رسانه تخصصی نانو و صنعت (www.INDnano.ir/category/report) مراجعه نمایید]
====================================================================================
