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