پرش به محتوا

ریزسیال‌شناسی باز

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد

ریزسیال‌شناسی به جریان سیال در کانال یا شبکه با حداقل یک بعد در مقیاس میکرون گفته می‌شود.[۱][۲] در ریزسیال‌شناسی باز، همچنین شناخته شده تحت عنوان ریزسیال‌شناسی سطح-باز یا ریزسیال‌شناسی فضا-باز، حداقل یک مرز محدود کنندهٔ جریان سیال از سیستم حذف شده‌است، که مایع را در معرض هوا یا یک سطح دیگر مانند یک مایع دوم قرار می‌دهد.[۳][۴]

انواع ریزسیال‌شناسی باز

[ویرایش]

ریزسیال‌شناسی باز می‌تواند به زیر مجموعه‌های مختلف طبقه‌بندی شود. برخی از نمونه‌های این مجموعه‌ها عبارتند از: ریزسیال‌شناسی کانال-باز، ریزسیال‌شناسی مبتنی بر کاغذ و مبتنی بر رشته.[۵][۶]

ریزسیال‌شناسی کانال-باز

[ویرایش]

در ریزسیال‌شناسی کانال-باز، یک مویینگی مبتنی بر کشش سطحی رخ می‌دهد و به آن مویینگی خودبه‌خودی (SCF) گفته می‌شود.[۷] SCF زمانی رخ می‌دهد که فشار در پیشبرد خمودگی سطح مایع منفی است. هندسه کانال و زاویه تماس (θ) مایعات بر سطح کانال را می‌توان با معادلهٔ زیر برای پیش‌بینی اینکه آیا SCF رخ خواهد داد استفاده کرد:

(pf/pw <cos(θ

که در آن pf محیط آزاذ کانال (یعنی سطحی که در تماس با دیوار کانال نیست) است، pw محیط خیس شده (یعنی دیوار در تماس با مایع) است و θ زاویه تماس مایع بر مادهٔ دستگاه است.

ریزسیال‌شناسی مبتنی بر کاغذ

[ویرایش]
روش ایجاد کانال های ریزسیالی روی لایه های کاغذ
ابزار ساخته‌شده به وسیله روش‌های: (A) photolithography B) plotting detecting C) inkjet etching plasma etching D-F) wax printing

ریزسیال‌شناسی مبتنی بر کاغذ از توانایی فتیله‌سازی کاغذ برای بازخوانی‌های کاربردی بهره می‌گیرد.[۸][۹] ریزسیال‌شناسی مبتنی بر کاغذ روش جذابی است از آنجا که کاغذ ارزان و به آسانی در دسترس است و اثرات زیست‌محیطی کمی دارد. کاغذ همچنین همه‌کاره است به دلیل آن که در ضخامت‌ها و اندازه منافذ مختلف موجود است. پوشش‌هایی مانند موم برای هدایت جریان در ریزسیال‌شناسی کاغذی استفاده شده‌اند.[۱۰] در برخی موارد موانع حل‌شدنی برای ایجاد مرزهایی بر روی کاغذ و کنترل جریان سیال استفاده شده‌اند.[۱۱] استفاده از کاغذ به عنوان یک ابزار تشخیصی قدرتمند نشان داده شده‌است از آنجا که از آن برای شناسایی سطح گلوکز[۱۲]، باکتری ها[۱۳]، ویروس ها[۱۴] و دیگر اجزاء در کل خون با موفقیت استفاده شده‌است.[۱۵] روش‌های کشت درون کاغذ نیز توسعه یافته‌اند.[۱۶][۱۷] آزمایش‌های ایمونولوژیکی lateral flow مانند آن‌هایی که در تست‌های بارداری مورد استفاده هستند، یک نمونه از کاربرد کاغذ برای تشخیص‌های در محل مراقبت یا مبتنی بر خانه هستند.[۱۸] معایب عبارتند از مشکل احتباس مایع و محدودیت‌های زیاد تشخیص.

ریزسیال‌شناسی مبتنی بر رشته

[ویرایش]

ریزسیال‌شناسی مبتنی بر رشته، شاخه ای از ریزسیال‌شناسی مبتنی بر کاغذ، از قابلیت‌های فتیله‌سازی مبتنی بر مویینگی مشابه بهره می‌گیرد.[۱۹] مواد رشته‌ای معمول عبارتند از نیتروسلولز، ریون، نایلون، کنف، پشم، پلی استر و ابریشم.[۲۰] رشته‌ها همه‌کاره هستند زیرا می‌توانند برای ساختن الگوهای مشخص بافته شوند.[۲۱] علاوه بر این دو یا چند رشته می‌توانند همدیگر را در یک گره پوشش دهند و دو جریان جدای مایع را به عنوان یک روش مخلوط کردن معرف به هم برسانند.[۲۲] رشته‌ها نیز نسبتاً قوی و مقاوم در برابر شکستن در اثر دستکاری هستند که آن‌ها را پایدار در طول زمان و دارای حمل و نقل آسان می‌سازد. ریزسیال‌شناسی مبتنی بر رشته در مهندسی بافت 3D و تجزیه و تحلیل analyte به کار رفته‌است.[۲۳][۲۴]

مزایا

[ویرایش]

یکی از مزایای اصلی ریزسیال‌شناسی باز، سهولت دسترسی است که مداخله (به عنوان مثال برای اضافه کردن یا از بین بردن معرف) به جریان مایع در سیستم را ممکن می‌سازد.[۲۵] ریزسیال‌شناسی باز همچنین باعث سادگی ساخت و در نتیجه از بین بردن نیاز به پیوند سطوح می‌شود. زمانی که یکی از مرزهای یک سیستم حذف می‌شود، یک سطح مایع-گاز بزرگتر به وجود می‌آید، که واکنش‌های مایع-گاز را ممکن می‌سازد.[۲۶] دستگاه‌های ریزسیال‌شناسی باز، شفافیت نوری بهتری را ممکن می‌سازد چرا که حداقل یک طرف از این سیستم با ماده ای که می‌تواند autofluorescence را در طول تصویربرداری کم کند پوشش داده نشده‌است.[۲۷] به علاوه، سیستم‌های باز تشکیل حباب، یک مشکل شایع در سیستم‌های بسته، را به حداقل رسانده و گاهی از بین می‌برند.

در سیستم‌های بسته ریزسیال‌شناسی، جریان در کانال‌ها با فشار از طریق پمپ (پمپ سرنگ)، دریچه (دریچه محرک) یا میدان الکتریکی هدایت می‌شود.[۲۸] ریزسیال‌شناسی سیستم باز، جریان مبتنی بر کشش سطحی را در کانال‌ها ممکن می‌سازد در نتیجه نیاز به روش‌های خارجی پمپاژ را از بین می‌برد.[۲۹] به عنوان مثال برخی از دستگاه‌های ریزسیال‌شناسی باز شامل یک ورودی مخزن و ورودی پمپاژ است که می‌تواند با استفاده از یک پیپت پر از مایع شود. حذف کردن ملزومات پمپاژ خارجی باعث کاهش هزینه و ایجاد امکان استفاده از دستگاه در تمام آزمایشگاه‌ها با پیپت می‌شود.

معایب

[ویرایش]

برخی از اشکالات ریزسیال‌شناسی باز شامل تبخیر،[۳۰] آلودگی،[۳۱] و سرعت جریان محدود است. سیستم‌های باز مستعد تبخیر هستند که آن می‌تواند زمانی که حجم مایعات در مقیاس میکرو است تا حد زیادی بازخوانی‌ها را تحت تأثیر قرار دهد. علاوه بر این، با توجه به ماهیت سیستم‌های باز، آن‌ها بیشتر از سیستم‌های بسته در معرض آلودگی هستند. کشت سلولی و روش‌های دیگر که در آن آلودگی یا ذرات ریز یک نگرانی اند باید برای جلوگیری از آلودگی با دقت انجام شود. در نهایت سیستم‌های باز یک سرعت جریان محدود دارند زیرا فشارهای القایی نمی‌توانند برای هدایت جریان استفاده شوند.

کاربردها

[ویرایش]

مانند بسیاری از فناوری‌های ریزسیالی، ریزسیال‌شناسی سیستم باز به فناوری نانو، بیوتکنولوژی، سلول‌های سوختی و آزمایش‌های در محل مراقبت (POC) اعمال شده‌است.[۳۲] برای مطالعات مبتنی بر سلول، دستگاه‌های ریزسیالی کانال-باز دسترسی به سلول‌ها را برای کاوش تک سلولی در داخل کانال ممکن می‌سازند.[۳۳] کاربردهای دیگر عبارتند از ژل الکتروفورز مویین، امولسیون‌های آب-در-روغن و حسگرهای زیستی برای سیستم‌های POC.[۳۴][۳۵] دستگاه‌های ریزسیالی معلق، دستگاه‌های ریزسیالی بازی که کف دستگاه برداشته شده‌است، برای مطالعه نفوذ و مهاجرت سلولهای سرطانی استفاده شده‌اند. ریزسیال‌شناسی معلق و مبتنی بر ریل برای micropatterning و مطالعهٔ ارتباطات سلولی استفاده شده‌اند.

منابع

[ویرایش]
  1. ↑ 1952-, Berthier, Jean, (2016). Open microfluidics. Brakke, Kenneth A. , Berthier, Erwin. Hoboken, NJ: Wiley. ISBN 978-1-118-72093-6. OCLC 953661963.{{cite book}}: CS1 maint: numeric names: فهرست نویسندگان (link) نگهداری CS1: نقطه‌گذاری اضافه (link)
  2. ↑ Whitesides, George M. (2006-07). "The origins and the future of microfluidics". Nature. 442 (7101): 368–373. doi:10.1038/nature05058. ISSN 0028-0836. {{cite journal}}: Check date values in: |date= (help)Check date values in: |date= (help)
  3. ↑ Pfohl, Thomas; Mugele, Frieder; Seemann, Ralf; Herminghaus, Stephan (2003-12-08). "Trends in Microfluidics with Complex Fluids". ChemPhysChem. 4 (12): 1291–1298. doi:10.1002/cphc.200300847. ISSN 1439-4235.
  4. ↑ Kaigala, Govind V.; Lovchik, Robert D.; Delamarche, Emmanuel (2012-10-30). "Microfluidics in the "Open Space" for Performing Localized Chemistry on Biological Interfaces". Angewandte Chemie International Edition. 51 (45): 11224–11240. doi:10.1002/anie.201201798. ISSN 1433-7851.
  5. ↑ Casavant, B. P.; Berthier, E.; Theberge, A. B.; Berthier, J.; Montanez-Sauri, S. I.; Bischel, L. L.; Brakke, K.; Hedman, C. J.; Bushman, W. (2013-05-31). "Suspended microfluidics". Proceedings of the National Academy of Sciences. 110 (25): 10111–10116. doi:10.1073/pnas.1302566110. ISSN 0027-8424. PMC 3690848.
  6. ↑ Yamada, Kentaro; Shibata, Hiroyuki; Suzuki, Koji; Citterio, Daniel (2017). "Toward practical application of paper-based microfluidics for medical diagnostics: state-of-the-art and challenges". Lab on a Chip. 17 (7): 1206–1249. doi:10.1039/c6lc01577h. ISSN 1473-0197.
  7. ↑ Yang, Die; Krasowska, Marta; Priest, Craig; Popescu, Mihail N.; Ralston, John (2011-09-07). "Dynamics of Capillary-Driven Flow in Open Microchannels". The Journal of Physical Chemistry C. 115 (38): 18761–18769. doi:10.1021/jp2065826. ISSN 1932-7447.
  8. ↑ Hosseini, Samira; Vázquez-Villegas, Patricia; Martínez-Chapa, Sergio O. (2017-08-22). "Paper and Fiber-Based Bio-Diagnostic Platforms: Current Challenges and Future Needs". Applied Sciences (به انگلیسی). 7 (8): 863. doi:10.3390/app7080863.
  9. ↑ "Rapid light transmittance measurements in paper-based microfluidic devices". Sensing and Bio-Sensing Research (به انگلیسی). 5: 55–61. 2015-09-01. doi:10.1016/j.sbsr.2015.07.005. ISSN 2214-1804.
  10. ↑ Müller, R. H.; Clegg, D. L. (1949-09). "Automatic Paper Chromatography". Analytical Chemistry (به انگلیسی). 21 (9): 1123–1125. doi:10.1021/ac60033a032. ISSN 0003-2700. {{cite journal}}: Check date values in: |date= (help)Check date values in: |date= (help)
  11. ↑ Fu, Elain; Lutz, Barry; Kauffman, Peter; Yager, Paul (2010). "Controlled reagent transport in disposable 2D paper networks". Lab on a Chip (به انگلیسی). 10 (7): 918. doi:10.1039/b919614e. ISSN 1473-0197. PMC 3228840. PMID 20300678.
  12. ↑ Martinez, Andres W.; Phillips, Scott T.; Carrilho, Emanuel; Thomas, Samuel W.; Sindi, Hayat; Whitesides, George M. (2008-05). "Simple Telemedicine for Developing Regions: Camera Phones and Paper-Based Microfluidic Devices for Real-Time, Off-Site Diagnosis". Analytical Chemistry. 80 (10): 3699–3707. doi:10.1021/ac800112r. ISSN 0003-2700. {{cite journal}}: Check date values in: |date= (help)Check date values in: |date= (help)
  13. ↑ Shih, Cheng-Min; Chang, Chia-Ling; Hsu, Min-Yen; Lin, Jyun-Yu; Kuan, Chen-Meng; Wang, Hsi-Kai; Huang, Chun-Te; Chung, Mu-Chi; Huang, Kui-Chou (2015-12). "Paper-based ELISA to rapidly detect Escherichia coli". Talanta. 145: 2–5. doi:10.1016/j.talanta.2015.07.051. ISSN 0039-9140. {{cite journal}}: Check date values in: |date= (help)Check date values in: |date= (help)
  14. ↑ Wang, Hsi-Kai; Tsai, Cheng-Han; Chen, Kuan-Hung; Tang, Chung-Tao; Leou, Jiun-Shyang; Li, Pi-Chun; Tang, Yin-Liang; Hsieh, Hsyue-Jen; Wu, Han-Chung (2014-02). "Immunoassays: Cellulose-Based Diagnostic Devices for Diagnosing Serotype-2 Dengue Fever in Human Serum (Adv. Healthcare Mater. 2/2014)". Advanced Healthcare Materials. 3 (2): 154–154. doi:10.1002/adhm.201470008. ISSN 2192-2640. {{cite journal}}: Check date values in: |date= (help)Check date values in: |date= (help)
  15. ↑ Yang, Xiaoxi; Forouzan, Omid; Brown, Theodore P.; Shevkoplyas, Sergey S. (2012). "Integrated separation of blood plasma from whole blood for microfluidic paper-based analytical devices". Lab Chip. 12 (2): 274–280. doi:10.1039/c1lc20803a. ISSN 1473-0197.
  16. ↑ Tao, Fang Fang; Xiao, Xia; Lei, Kin Fong; Lee, I-Chi (2015-03-18). "Paper-based cell culture microfluidic system". BioChip Journal. 9 (2): 97–104. doi:10.1007/s13206-015-9202-7. ISSN 1976-0280.
  17. ↑ Walsh, David I.; Lalli, Mark L.; Kassas, Juliette M.; Asthagiri, Anand R.; Murthy, Shashi K. (2015-05-18). "Cell Chemotaxis on Paper for Diagnostics". Analytical Chemistry. 87 (11): 5505–5510. doi:10.1021/acs.analchem.5b00726. ISSN 0003-2700.
  18. ↑ Lam, Trinh; Devadhasan, Jasmine P.; Howse, Ryan; Kim, Jungkyu (2017-04-26). "A Chemically Patterned Microfluidic Paper-based Analytical Device (C-µPAD) for Point-of-Care Diagnostics". Scientific Reports. 7 (1). doi:10.1038/s41598-017-01343-w. ISSN 2045-2322.
  19. ↑ Erenas, Miguel M.; de Orbe-Payá, Ignacio; Capitan-Vallvey, Luis Fermin (2016-04-29). "Surface Modified Thread-Based Microfluidic Analytical Device for Selective Potassium Analysis". Analytical Chemistry (به انگلیسی). 88 (10): 5331–5337. doi:10.1021/acs.analchem.6b00633. ISSN 0003-2700.
  20. ↑ Reches, Meital; Mirica, Katherine A.; Dasgupta, Rohit; Dickey, Michael D.; Butte, Manish J.; Whitesides, George M. (2010-05-24). "Thread as a Matrix for Biomedical Assays". ACS Applied Materials & Interfaces. 2 (6): 1722–1728. doi:10.1021/am1002266. ISSN 1944-8244.
  21. ↑ Li, Xu; Tian, Junfei; Shen, Wei (2009-12-09). "Thread as a Versatile Material for Low-Cost Microfluidic Diagnostics". ACS Applied Materials & Interfaces. 2 (1): 1–6. doi:10.1021/am9006148. ISSN 1944-8244.
  22. ↑ Ballerini, David R.; Li, Xu; Shen, Wei (2011-03). "Flow control concepts for thread-based microfluidic devices". Biomicrofluidics. 5 (1): 014105. doi:10.1063/1.3567094. ISSN 1932-1058. {{cite journal}}: Check date values in: |date= (help)Check date values in: |date= (help)
  23. ↑ Mostafalu, Pooria; Akbari, Mohsen; Alberti, Kyle A.; Xu, Qiaobing; Khademhosseini, Ali; Sonkusale, Sameer R. (2016-07-18). "A toolkit of thread-based microfluidics, sensors and electronics for 3D tissue embedding for medical diagnostics". Microsystems & Nanoengineering. 2 (1). doi:10.1038/micronano.2016.39. ISSN 2055-7434.
  24. ↑ Erenas, Miguel M.; de Orbe-Payá, Ignacio; Capitan-Vallvey, Luis Fermin (2016-04-29). "Surface Modified Thread-Based Microfluidic Analytical Device for Selective Potassium Analysis". Analytical Chemistry. 88 (10): 5331–5337. doi:10.1021/acs.analchem.6b00633. ISSN 0003-2700.
  25. ↑ Lee, Jing J.; Berthier, Jean; Brakke, Kenneth A.; Dostie, Ashley M.; Theberge, Ashleigh B.; Berthier, Erwin (2018-04-25). "Droplet Behavior in Open Biphasic Microfluidics". Langmuir (به انگلیسی). 34 (18): 5358–5366. doi:10.1021/acs.langmuir.8b00380. ISSN 0743-7463.
  26. ↑ Zhao, B. (2001-02-09). "Surface-Directed Liquid Flow Inside Microchannels". Science. 291 (5506): 1023–1026. doi:10.1126/science.291.5506.1023. ISSN 0036-8075.
  27. ↑ Young, Edmond W.K.; Berthier, Erwin; Beebe, David J. (2013-01-02). "Assessment of enhanced autofluorescence and impact on cell microscopy for microfabricated thermoplastic devices". Analytical Chemistry. 85 (1): 44–49. doi:10.1021/ac3034773. ISSN 0003-2700. PMC 4017339. PMID 23249264.
  28. ↑ Sackmann, Eric K.; Fulton, Anna L.; Beebe, David J. (2014-03-12). "The present and future role of microfluidics in biomedical research". Nature. 507 (7491): 181–189. doi:10.1038/nature13118. ISSN 0028-0836.
  29. ↑ Brakke, Kenneth A. (2015-01-31). The Motion of a Surface by Its Mean Curvature. (MN-20). Princeton: Princeton University Press. ISBN 978-1-4008-6743-1.
  30. ↑ Kachel, Sibylle; Zhou, Ying; Scharfer, Philip; Vrančić, Christian; Petrich, Wolfgang; Schabel, Wilhelm (2014). "Evaporation from open microchannel grooves". Lab Chip. 14 (4): 771–778. doi:10.1039/c3lc50892g. ISSN 1473-0197.
  31. ↑ Higashi, Kazuhiko; Ogawa, Miho; Fujimoto, Kazuma; Onoe, Hiroaki; Miki, Norihisa (2017-06-03). "Hollow Hydrogel Microfiber Encapsulating Microorganisms for Mass-Cultivation in Open Systems". Micromachines. 8 (6): 176. doi:10.3390/mi8060176. ISSN 2072-666X.
  32. ↑ Dak, Piyush; Ebrahimi, Aida; Swaminathan, Vikhram; Duarte-Guevara, Carlos; Bashir, Rashid; Alam, Muhammad (2016-04-14). "Droplet-based Biosensing for Lab-on-a-Chip, Open Microfluidics Platforms". Biosensors. 6 (2): 14. doi:10.3390/bios6020014. ISSN 2079-6374.
  33. ↑ Hsu, Chia-Hsien; Chen, Chihchen; Folch, Albert (2004). ""Microcanals" for micropipette access to single cells in microfluidic environments". Lab Chip. 4 (5): 420–424. doi:10.1039/b404956j. ISSN 1473-0197.
  34. ↑ Li, C.; Boban, M.; Tuteja, A. (2017). "Open-channel, water-in-oil emulsification in paper-based microfluidic devices". Lab on a Chip. 17 (8): 1436–1441. doi:10.1039/c7lc00114b. ISSN 1473-0197.
  35. ↑ Gutzweiler, Ludwig; Gleichmann, Tobias; Tanguy, Laurent; Koltay, Peter; Zengerle, Roland; Riegger, Lutz (2017-05-15). "Open microfluidic gel electrophoresis: Rapid and low cost separation and analysis of DNA at the nanoliter scale". ELECTROPHORESIS. 38 (13–14): 1764–1770. doi:10.1002/elps.201700001. ISSN 0173-0835.
برگرفته از «https://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=ریزسیال‌شناسی_باز&oldid=39295274»