Микрофлюидика доказала свою неоценимость в различных научных и инженерных дисциплинах – от производства полимерных микробусинок до миниатюрной жидкостной хроматографии. Среди этих дисциплин, несомненно, наибольшее влияние микрофлюидика оказала в области технологий биологического и биохимического зондирования.
Несмотря на то, что существуют определенные споры относительно того, что именно представляет собой микрофлюидная система, наиболее распространенным определением является любое устройство, в котором жидкость протекает через один или несколько каналов диаметром менее 1 мм. Традиционно микрофлюидные каналы изготавливаются методом шаблонирования, формовки или гравировки, однако последние достижения в области аддитивного производства с высоким разрешением позволили создавать микрофлюидные устройства методом 3D-печати, что значительно снизило стоимость производства.
Хотя точная динамика внутри микрофлюидных каналов выходит за рамки данного приложения, важно отметить, что микрофлюидные каналы создают ламинарные потоки однородных капель. Это имеет ряд преимуществ по сравнению с большими проточными каналами, включая меньшую потребность в образцах, меньший расход реагентов, более низкие пределы обнаружения, меньшие требования к оптической мощности и образование капель с воздушной/масляной прослойкой.
Узкая длина пути и малый общий объем микрофлюидических устройств обладают превосходными оптическими свойствами, но для создания потока обычно требуется активная накачка. Одним из распространенных подходов является электроосмотическая откачка, когда для создания потока к каналу прикладывается большое напряжение, использующее поверхностные ионы в стенках канала. Двумя другими примерами являются перистальтические насосы и насосы Вентури, которые в последние годы находят все более широкое применение благодаря уменьшению размеров и стоимости.
Недавно исследовательская группа под руководством Джеймса Гриниаса из Университета Роуэна продемонстрировала, что напечатанные на 3D-принтере перистальтические насосы и недорогие коммерческие насосы Вентури могут "обеспечить стабильный поток (<2% RSD) в диапазоне от 1 до 7 мл/мин и высокую воспроизводимость интенсивности сигнала при частоте генерации капель около 0,25 Гц (<3% RSD), что сравнимо по производительности с аналогичными измерениями на стандартных шприцевых насосах ". В той же статье Гриняс и его команда проверили, что оба недорогих насоса работают эквивалентно более традиционным шприцевым насосам, используемым в лабораторной микрофлюидике, измеряя раствор резорфуфина 500 нМ с помощью флуоресцентного микроскопа и ксеноновой лампы (см. рис. 1).
Рисунок 1. Сравнение скорости образования капель и интенсивности сигнала для трех методов генерации потока. Капельные потоки для шприцевого насоса (красный след), перистальтического насоса (черный след) и насоса Вентури (синий след).
В качестве альтернативы микрофлюидные каналы могут использовать капиллярное действие, полностью исключая необходимость в насосе. Это достигается путем тщательного проектирования микроканалов с соответствующими поверхностными натяжениями, смачиваемостью и внутренней геометрией, что позволяет жидкости течь и останавливаться без внешнего контроля. Снижение стоимости и сложности микрофлюидических устройств (каналов и насосов) делает их идеальными для портативных сенсорных приложений. В сочетании с недорогими миниатюрными УФ- и видимыми спектрометрами эти устройства могут стать мощными аналитическими инструментами для любых условий.
Кроме того, в многоканальных микрофлюидных системах каналы могут служить в качестве фильтров, разделяющих различные компоненты аналитов, что еще больше повышает специфичность и детектируемость. Это может быть достигнуто путем создания каналов различной ширины, способствующих переносу с исключением размеров, или путем интеграции микрофильтров. Один из интересных примеров многоканального микрофлюидного фильтра был недавно представлен Гонкалвесом и др. в журнале Processes.
Авторы продемонстрировали 9-канальное микрофлюидное устройство, состоящее из внутренних фильтров, состоящих из массивов столбиков. Это устройство, схематически показанное на рис. 2, было использовано для отделения эритроцитов (и синтетических мицелл) от плазмы крови как человека, так и моделируемой крови.
Рисунок 2. Схематическое изображение микрофлюидного эритроцитарного фильтра, разработанного Гонкальвесом и др.
Авторы использовали оптическую абсорбционную спектроскопию для анализа эффективности разделения различных выходов канала, обозначенных на рис. 2 буквами O1 – O9. Для этого они использовали вольфрамо-галогенный источник света мощностью 200 Вт, соединенный со спектрометром Avantes AvaSpec-ULS2048XL-EVO (см. рис. 3) со спектральным диапазоном 230 – 720 нм.
Используя полосу поглощения гемоглобина 412 нм, определяли относительную концентрацию эритроцитов в каждом отводе. Полученные результаты наглядно продемонстрировали более низкую эффективность сбора эритроцитов в первых двух отводах – О1 и О9; сопоставимую эффективность в центральных отводах О2, О3, О7 и О8; и несколько более высокую эффективность в последнем отводе – О5.
Авторы также отметили значительно больший объем, чем в других отводах, из O5. Выходы O4 и O6 собрали настолько малые объемы, что их невозможно было проанализировать спектрально.
Рисунок 3. Avantes AvaSpec-ULS2048XL-EVO
Рисунок 4. Нормированный спектр поглощения (отн. ед.) при 412 нм образцов, находящихся на входе и собранных на выходе из микроканала.
Хотя в данном исследовании авторы предпочли собирать выходной сигнал из каждого канала в резервуары и анализировать образцы по факту, можно легко представить себе считывающее устройство со встроенным спектральным анализом. Подобные микрофлюидные биосенсоры типа "лаборатория-на-чипе" могут обеспечить недорогое разделение и анализ клеток крови в точках оказания медицинской помощи.
Спектрометры и микрофлюидика Avantes
В области микрофлюидики интеграция спектрометров имеет большой потенциал для широкого спектра приложений. Данный обзор спектрометров может быть использован для изучения их уникальных возможностей в контексте микрофлюидических измерений.
Спектрометр Avaspec-ULS2048CL-EVO позволяет выполнять основные измерения в ультрафиолетовом и видимом диапазоне длин волн. Благодаря широкому спектральному охвату он предоставляет исследователям возможность анализировать разнообразные образцы в микрофлюидных системах. Будь то измерение абсорбции, флуоресценции или рассеяния, Avaspec-ULS2048CL-EVO оказывается универсальной «рабочей лошадкой».
Оснащенный оптикой высокого разрешения и чувствительными детекторами, Avaspec-ULS2048CL-EVO обеспечивает исследователей точными и достоверными результатами. Это надежный инструмент для химического анализа, биомолекулярных взаимодействий и мониторинга окружающей среды в микрофлюидной области.
Когда речь идет о высокой чувствительности, Avaspec-ULS2048XL-EVO выходит на первый план. Обладая расширенными возможностями детектирования, он превосходит свои аналоги в обнаружении низких концентраций аналитов в микрофлюидных образцах. Ориентированный на трассировочный анализ и более высокое соотношение сигнал/шум, Avaspec-ULS2048XL-EVO позволяет исследователям расширить границы микрофлюидических измерений.
В приложениях, где требуется определить и количественно оценить количество аналитов, Avaspec-ULS2048XL-EVO занимает ведущее место. Биомолекулярные исследования, такие как определение последовательности ДНК, анализ белков и клеточные анализы, выигрывают от его исключительной чувствительности, позволяющей разгадать мельчайшие детали микрофлюидного мира.
В тех случаях, когда низкий уровень освещенности требует длительного времени интеграции, востребованным становится Avaspec-ULS2048x64TEC-EVO. Оснащенный оптимизированной электроникой, высокоэффективными детекторами и системой охлаждения, он превосходно справляется с улавливанием и измерением самых слабых сигналов в микрофлюидных системах. Avaspec-ULS2048x64TEC-EVO подходит для работы в средах, где чувствительность имеет первостепенное значение, даже в сложных условиях.
Благодаря возможности увеличения времени интеграции Avaspec-ULS2048x64TEC-EVO позволяет выявить скрытые особенности микрофлюидных образцов. Это неоценимо в таких областях, как мониторинг окружающей среды, где требуется тщательное измерение и анализ мельчайших следов загрязняющих веществ или патогенных микроорганизмов.
Становится ясно, что каждый спектрометр привносит в мир микрофлюидики свои уникальные достоинства. Avaspec-ULS2048CL-EVO предназначен для базовых измерений в ультрафиолетовом и видимом диапазоне, обеспечивая универсальный аналитический инструмент. Avaspec-ULS2048XL-EVO занимает центральное место, когда необходима высокая чувствительность, позволяя обнаруживать следовые аналиты в микрофлюидных образцах. Avaspec-ULS2048x64TEC-EVO вступает в игру, когда низкий уровень освещенности и длительное время интеграции требуют терпения, раскрывая тайны, скрытые в микромасштабном мире.
Вместе эти спектрометры позволяют исследователям и ученым изучать тонкости микрофлюидики, углубляя наше понимание химических процессов, биомолекулярных взаимодействий и динамики окружающей среды. Совокупность возможностей этих спектрометров открывает путь к революционным открытиям и практическому применению в различных областях, предвещая новую эру микрофлюидных исследований.
Компания INSCIENCE помогает своим заказчикам решать любые вопросы и потребности
по поставке оборудования на территории РФ
Задача создания микроструктур с большим соотношением глубины и ширины в кремниевых подложках актуальна для производства МЭМС. Технология лазерно-водоструйного скрайбирования продемонстрировала возможность создания глубоких канавок с низкой конусностью в кремнии.
Наиболее важным оптическим компонентом волоконно-оптического эндоскопа является объектив. Поэтому разработка ультракомпактного объектива является залогом создания ультратонкого волоконно-оптического эндоскопа с высоким качеством визуализации.
В данном исследовании показана возможность лазерного восстановления поверхности кремния, поврежденного грубой и тонкой алмазной шлифовкой, исследовано влияние на качество обработки пластин параметров лазерного излучения: длительности импульса и плотности мощности.
Во всех аспектах повседневной жизни наблюдается ускоренный рост в потреблении пластика, так как он является дешевым, долговечным, устойчивым к коррозии, легким материалом, который не подвержен разложению и может быть легко преобразован в различные продукты.
Команда младшего научного сотрудника Цзя Мэнъюй из Школы точных приборов и оптоэлектронной инженерии Тяньцзиньского университета осуществила визуализацию излучения Черенкова дозы лучевой терапии с помощью научной sCMOS–камеры, разработанной компанией CISS.
Процесс эволюции лазерно-индуцированной плазмы (ЛИП) заключается в следующем: мощный импульсный лазер облучает образец, и на поверхности образца происходит процесс испарение → ионизация → расширение → излучение → рекомбинация за очень короткое время.
г. Санкт-Петербург, улица Савушкина 83, корп. 3
