داخل هذه الألياف, قطرات هي على هذه الخطوة: جهاز على microfluidics لخلط, فصل, والسوائل اختبار قد فتح آفاقا جديدة للفحص الطبي

الأجهزة على microfluidics هي أنظمة صغيرة مع القنوات المجهرية التي يمكن استخدامها للصناعات الكيماوية أو اختبار الطبية الحيوية والأبحاث. في وقت مبكر من المحتمل لتغيير قواعد اللعبة, الباحثون MIT أدرجت الآن أنظمة على microfluidics إلى ألياف الفردية, مما يجعل من الممكن لمعالجة كميات أكبر بكثير من السوائل, بطرق أكثر تعقيدا. بمعنى, تقدم يفتح عهدا جديدا "ماكرو" من على microfluidics.

من خلال دمج الأسلاك الموصلة مع قنوات الموائع الدقيقة في الألياف الطويلة, من خلال دمج الأسلاك الموصلة مع قنوات الموائع الدقيقة في الألياف الطويلة, من خلال دمج الأسلاك الموصلة مع قنوات الموائع الدقيقة في الألياف الطويلة, من خلال دمج الأسلاك الموصلة مع قنوات الموائع الدقيقة في الألياف الطويلة. من خلال دمج الأسلاك الموصلة مع قنوات الموائع الدقيقة في الألياف الطويلة, من خلال دمج الأسلاك الموصلة مع قنوات الموائع الدقيقة في الألياف الطويلة, من خلال دمج الأسلاك الموصلة مع قنوات الموائع الدقيقة في الألياف الطويلة, من خلال دمج الأسلاك الموصلة مع قنوات الموائع الدقيقة في الألياف الطويلة (أحمر) من خلال دمج الأسلاك الموصلة مع قنوات الموائع الدقيقة في الألياف الطويلة, من خلال دمج الأسلاك الموصلة مع قنوات الموائع الدقيقة في الألياف الطويلة.

من خلال دمج الأسلاك الموصلة مع قنوات الموائع الدقيقة في الألياف الطويلة.

الأجهزة على microfluidics التقليدية, طورت واستخدمت على نطاق واسع خلال العقدين الماضيين, يتم تصنيعها على هياكل تشبه رقاقة وتوفير سبل الاختلاط, فصل, واختبار السوائل بكميات مجهرية. الفحوصات الطبية التي لا تتطلب سوى قطرات صغيرة من الدم, فمثلا, غالبا ما تعتمد على على microfluidics. ولكن على نطاق وضآلة هذه الأجهزة أيضا يشكل القيود; فمثلا, فهي ليست عموما مفيدة للإجراءات التي تحتاج إلى كميات أكبر من السائل للكشف عن المواد الموجودة بكميات دقيقة.

ووجد فريق من الباحثين MIT سيلة للالتفاف حول ذلك, عن طريق قنوات ميكروفلويديك داخل ألياف. ويمكن إجراء الألياف ما دامت هناك حاجة لاستيعاب إنتاجية أكبر, وأنها توفر سيطرة كبيرة ومرونة أكثر الأشكال والأبعاد من القنوات. يوصف مفهوم جديد في ورقة تظهر هذا الاسبوع في مجلة وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم, كتبه MIT طالب دراسات عليا رودجر يوان, أساتذة جويل Voldman ويوئيل فينك, وأربعة آخرين.

نهج متعدد التخصصات

وجاء المشروع كنتيجة لحدث "speedstorming" (مزيج من تبادل الأفكار والسرعة التي يرجع تاريخها, فكرة التي بدأها البروفيسور جيفري غروسمان) التي كانت بتحريض من فينك عندما كان مدير مختبر أبحاث معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا الالكترونيات. وتهدف هذه الفعاليات إلى مساعدة الباحثين على تطوير مشاريع تعاونية جديدة, من خلال وجود أزواج من الطلاب وحملة الدكتوراه طرح الأفكار لمدة ستة دقائق في كل مرة، وتأتي مع المئات من الأفكار في ساعة واحدة, التي تأتي في المرتبة وتقييمها من قبل لجنة. في هذه الدورة speedstorming معينة, عمل الطلاب في الهندسة الكهربائية مع الآخرين في علوم المواد وتكنولوجيا مايكروسيستمز لتطوير نهج جديد إلى الخلية الفرز باستخدام فئة جديدة من ألياف multimaterial.

ويوضح أن يوان, على الرغم من أن تكنولوجيا ميكروفلويديك وقد وضعت على نطاق واسع وعلى نطاق واسع تستخدم لمعالجة كميات صغيرة من السائل, أنها تعاني من ثلاثة القيود المتأصلة المتعلقة الحجم الكلي لأجهزة ", لمحات قناتهم, وصعوبة دمج مواد إضافية مثل الأقطاب.

لأنها تكون عادة مصنوعة باستخدام أساليب رقاقة تصنيع, تقتصر أجهزة ميكروفلويديك لحجم رقائق السيليكون المستخدمة في هذه الأنظمة, التي ليست أكثر من حوالي 8 بوصة عبر. وأساليب ضوئيه تستخدم في صنع هذه الرقائق تحد من الأشكال من القنوات; كما يمكن ان يكون فقط المقاطع العرضية مربعة أو مستطيلة. أخيرا, أي مواد إضافية, مثل الأقطاب الكهربائية لاستشعار أو التلاعب محتويات القنوات ", يجب أن توضع على حدة في الموقف في عملية منفصلة, يحد بشدة تعقيدها.

"تكنولوجيا رقاقة السيليكون هو جيد حقا في صنع ملامح مستطيلة, ولكن أي شيء أبعد من ذلك يتطلب تقنيات متخصصة حقا,"يقول يوان, الذين نفذوا هذا العمل كجزء من أبحاثه الدكتوراه. "ويمكن أن تجعل مثلثات, ولكن فقط مع بعض زوايا محددة ". مع الطريقة الجديدة المعتمدة على الألياف هو وفريقه وضعت, مجموعة متنوعة من الأشكال مستعرضة للقنوات يمكن تنفيذها, بما في ذلك النجوم, تعبر, أو الأشكال ربطة العنق التي قد تكون مفيدة لتطبيقات معينة, مثل تلقائيا فرز أنواع مختلفة من الخلايا في عينة بيولوجية.

بالاضافة, لعلى microfluidics التقليدية, عناصر مثل الاستشعار أو التدفئة الأسلاك, أو أجهزة كهرضغطية للحث على الاهتزازات في سوائل عينات, يجب أن يضاف في مرحلة لاحقة معالجة. ولكنها يمكن أن تكون متكاملة تماما في القنوات في النظام الجديد القائم على الألياف.

لمحة تقلص

مثل أنظمة الألياف المعقدة الأخرى تطورت على مر السنين في مختبر شارك في تأليف كتاب يوئيل فينك, أستاذ علوم المواد والهندسة ورئيس الأقمشة وظيفية متقدمة من أمريكا (AFFOA) التحالف, يتم إجراء هذه الألياف عن طريق بدءا من اسطوانة البوليمر المتضخم يسمى التشكيل. هذه التشكيل تحتوي على الشكل الدقيق والمواد المطلوبة للألياف النهائي, ولكن في شكل أكبر من ذلك بكثير - مما يجعلها أسهل بكثير لجعل في تكوينات دقيقة جدا. ثم, التشكيل يسخن وتحميلها إلى برج قطرة, حيث يتم سحبها ببطء من خلال فوهة أن يضيق عليه إلى الألياف الضيق وهذا جزء من أربعين واحد قطر التشكيل, مع الحفاظ على جميع الأشكال والترتيبات الداخلية.

في العمليه, هو ممدود المواد أيضا بعامل 1,600, بحيث 100 ملم طويلة (4-مدى بوصة) التشكيل, فمثلا, تصبح الألياف 160 مترا (حول 525 أقدام), وبالتالي التغلب بشكل كبير من القيود طول المتأصلة في أجهزة ميكروفلويديك الحالية. هذا يمكن أن يكون حاسما بالنسبة لبعض التطبيقات, مثل الكشف عن الأجسام المجهرية التي توجد في تركيزات صغيرة جدا في السائل - على سبيل المثال, عدد قليل من الخلايا السرطانية بين الملايين من الخلايا الطبيعية.

"في بعض الأحيان تحتاج إلى معالجة الكثير من المواد لأن ما كنت تبحث عن النادر,"يقول Voldman, أستاذ الهندسة الكهربائية المتخصص في التكنولوجيات الدقيقة البيولوجية. وهذا ما يجعل هذه التقنية الجديدة على microfluidics القائم على الألياف مناسب خاصة لمثل هذه الاستخدامات, هو يقول, لأن "الألياف ويمكن إجراء تعسفي طويل,"إتاحة المزيد من الوقت للسائل أن تبقى داخل القناة والتفاعل معها.

بينما الأجهزة على microfluidics التقليدية يمكن أن تجعل قنوات طويلة بواسطة حلقات ذهابا وإيابا على شريحة صغيرة, التقلبات والمنعطفات مما أدى تغيير الوضع للقناة وتؤثر على طريقة التدفقات السائلة, بينما في النسخة الألياف هذه يمكن أن يتم ما دامت هناك حاجة, مع عدم وجود تغييرات في الشكل أو الاتجاه, السماح للتدفق دون انقطاع, يقول يوان.

ويتيح هذا النظام أيضا المكونات الكهربائية مثل الأسلاك الموصلة لإدراجها في الألياف. ويمكن استخدامها على سبيل المثال لمعالجة خلايا, باستخدام طريقة تسمى dielectrophoresis, التي تتأثر الخلايا بشكل مختلف من قبل حقل كهربائي أنتجت بين اثنين من الأسلاك الموصلة على جانبي القناة.

مع هذه الأسلاك الموصلة في متناهية, يمكن للمرء أن السيطرة على الجهد حتى القوات هي "دفع وسحب على الخلايا, ويمكنك أن تفعل ذلك في معدلات تدفق عالية,"يقول Voldman.

كما مظاهرة, قدم الفريق نسخة من الجهاز الألياف قناة طويلة تهدف إلى خلايا منفصلة, فرز الخلايا الميتة من أولئك الذين يعيشون, وأثبتت كفاءتها في إنجاز هذه المهمة. مع مزيد من التطوير, إنهم يتوقعون أن تكون قادرة على أداء التمييز أكثر دهاء بين أنواع الخلايا, يقول يوان.

"بالنسبة لي كان هذا مثال رائع لكيفية التقريب بين المجموعات البحثية في مختبر متعدد التخصصات مثل RLE يؤدي إلى البحوث الرائدة, بدأت ويقودها طالب دراسات عليا. نحن أعضاء هيئة التدريس تم سحب أساسا من قبل في طلابنا,"يقول فينك.

ويؤكد الباحثون أن أنهم لا يرون الطريقة الجديدة بديلا عن الحالي على microfluidics, التي تعمل بشكل جيد جدا للعديد من التطبيقات. "ليس من المفترض أن يحل محل; انها تهدف الى زيادة "الأساليب الحالية, يقول Voldman, السماح لبعض وظائف جديدة للاستخدامات الخاصة التي لم تكن سابقا ممكن.

"تجسد قوة التعاون متعدد التخصصات, فهم جديد يطرح نفسه هنا من تركيبات غير متوقعة للتصنيع, علم المواد, الفيزياء تدفق البيولوجي, وتصميم مايكروسيستمز,"تقول ايمي هير, أستاذ الهندسة الحيوية في جامعة كاليفورنيا في بيركلي, الذي لم يشارك في هذا البحث. وتضيف أن هذا العمل "يضيف درجة مهمة من الحرية - فيما يتعلق هندسة الألياف المقطع العرضي والمادية خصائص - إلى استراتيجيات تصميم ميكروفلويديك الناشئة القائمة على الألياف."

مصدر: HTTP://news.mit.edu, ديفيد L. الشماع