mikrofluidiikkaan

Mikrofluidiikka on tekniikan ja fysiikan ala, joka tutkii nesteiden manipulointia ja kulkua mikrometrin mittakaavan kanavissa ja rakenteissa. Tyypilliset tilavuudet ovat mikro- ja nanolitrin luokkaa. Mikrofluidiikka mahdollistaa kemiallisten ja biologisten analyysejen suorittamisen pienessä laitteistossa, usein yhdessä lab-on-a-chip -periaatteen kanssa.

Nesteen virtaus näissä kanavissa on useimmiten laminaarista; Reynolds-luku on yleensä alle 100, usein paljon pienempi kuin 1. Tämä mahdollistaa tarkkojen kontrollien ja erilaisten sekoitus- ja reaktiostrategioiden käytön.

Materiaalit kuten PDMS, lasi ja termoplastit (PMMA, COC) ovat yleisiä. Valmistuksessa käytetään pääasiassa soft lithography -menetelmiä PDMS:n kanssa, mutta myös lasi- ja muoviratkaisuja sekä 3D-tulostusta prototypointiin.

Kanavat, tuloliitokset, sekoitusgeometria sekä mikrovaihtoehdot mahdollistavat monimutkaisten reittien ja reaktioiden suunnittelun. Virtausta voidaan ohjata pneumatiikalla, elektrokinetiikalla sekä sähkömekaanisilla tai mekaanisilla menetelmillä.

Keskeisiä sovelluksia ovat point-of-care -diagnostiikka, laboratoriotason analyysien miniaturisointi, DNA- ja RNA-analyysit, solututkimus ja kulttuurit, drug discovery sekä ympäristö- ja teollisuusmonitorointi.

Hyödyt: pieni näyte- ja reagenssikoko, nopea reagointiaika sekä mahdollisuus rinnakkaisuuteen. Haasteet: valmistusvaihtelut, kuplan muodostuminen, materiaalien adsorptio ja biomolekyylien sitoutuminen sekä standardointi ja yhteentoimivuus.

Historia: Mikrofluidiikan varhaiset ideat kehittyivät 1990-luvulla Manz, Whitesides ja kumppanit, ja soft lithography on ollut keskeinen kehitysväylä. Nykyään ala on laajasti kehittyne biolääketieteessä, analyyttisessä kemiassa ja teollisissa prosesseissa.