Mikrofluidiikka

Mikrofluidiikka on fluidien tutkimista ja hallintaa pienikokoisissa rakenteissa, tyypillisesti mikrometri- tai millimetritasolla. Mikrokanavien sisäiset tilavuudet ovat pieniä, ja virtaus on usein laminaarivirtausta; Reynolds-luku on hyvin pieni, jolloin viskositeetti ja kitkavoimat vaikuttavat merkittävästi. Tämä mahdollistaa tarkan nestemäisten seosten hallinnan sekä reagointien ja analyysin tapahtumisen pienissä tilavuuksissa.

Keskeisiä valmistustekniikoita ovat soft lithography PDMS-muottien käytössä sekä muita mikrofabrikaatiotekniikoita lasi- ja piialustoilla sekä termoplastialustoilla. Materiaalit kattavat PDMS:n, lasin, piin ja termoplastit kuten PMMA ja COC. Mikrokanavien ja laitteiden muodostamiseen käytetään sekä perinteisiä että lisättyjä menetelmiä, kuten 3D-tulostusta sekä embossing- ja hot embossing -tekniikoita. Biokompatibiliteetti, läpinävyys näytteille ja kemikaalien kestävyys ovat valintojen tärkeitä kriteerejä.

Peruskomponentteihin kuuluvat mikrokanavat, näytteen ja reagointien varaukset sekä nesteiden hallintaan tarkoitetut pumput, venttiilit ja sensorit. Virtausta hyödynnetään laminaarisuudessa sekä kapillaarisiin ja elektrokinettisiin ilmiöihin. Detektioksi käytetään optisia menetelmiä (värintoisto, fluoresenssi) sekä elektro- ja kemiallisia mittauksia. Droplet-mikrofluidiikassa immiscible-aineet muodostavat mikrotippoja, joita voidaan ohjelmoida erilaisten reaktioprosessien suorittamiseen.

Sovellukset kattavat laboratorion-on-a-chip -järjestelmät diagnostiikassa, genomiikassa, proteomiikassa sekä solubiologiassa ja farmasian kehitystyössä, lisäksi ympäristömonitoring ja pilaantumisen tutkimus. Mikrofluidiikka vähentää näytteiden ja reagointien tilavuutta, nopeuttaa kokeita ja mahdollistaa integraation useita toimintoja yhdelle laitteelle sekä korkean läpimenon automaation.

Haasteina ovat kaupallinen skaalaus, standardointi ja laadunvarmistus sekä laitteen pitkäaikainen luotettavuus. Tukkeutuminen, biofouling sekä materiaalien biokompatibiliteetti voivat rajoittaa sovelluksia. Lisäksi massatuotannon kustannukset, sääntelevä hyväksyntä ja yhteensopivuus olemassa olevien laboratoriojärjestelmien kanssa ovat keskeisiä kehitystekijöitä.