Иновативните микрофлуидни технологии революционизират диагностиката!

Иновативните микрофлуидни технологии революционизират диагностиката!

На 16 май 2025 г. в Техническия университет в Дортмунд беше проведен новаторски експеримент за интерферометрично откриване на атомни движения в кристали. Изследователите Марек Карзел и д-р Алексей Щербаков от катедрата по физика представиха 100 фемтосекунден лазерен импулс, който нагрява метален филм върху кристална плоча. Повишаването на температурата на филма беше само 0,1 градуса. Въпреки това минимално увеличение, термичното разширение на филма генерира акустична вълна, която беше успешно открита от противоположната страна на плочата, когато достигна свръхрешетката. Експериментът е част от цялостно изследване, което разкрива нови възможности в изследването на материалите и квантовата метрология. Публикуван е и в реномираното списание „Nature Materials“.

Д-р Антон Самусев се възползва от възможността да обясни, че експериментът се различава значително от проекта LIGO. Докато LIGO записва отделни събития, в този случай са необходими множество измервания. Експерименталните условия в лабораторията позволяват извършването на повторения милиони пъти в секунда. Тези значителни постижения биха могли да революционизират знанията в науката за материалите и извън нея, позволявайки по-задълбочено разбиране на атомните движения, които преди бяха неуловими.

Микрофлуидика и нейните приложения

С напредването на изследванията във физиката, микрофлуидиката, нововъзникваща област в микроинженерството, също преживява забележително развитие. Миниатюризацията в микротехнологиите разкри нови възможности чрез новаторски подходи в микроелектрониката и микрофлуидиката. Микрофлуидиката позволява извършването на пълни химически анализи чрез интегрирани чипови системи, известни като лаборатория върху чип (LOC) или системи за микрототален анализ (µTAS). Тези технологии транспортират химикали в определени канални структури, подобно на това как електронните схеми транспортират електрони.

Основните области на приложение на технологията LOC са разнообразни и варират от миниатюризирани лабораторни устройства, като газова хроматография и електрофореза, до системи за тестване на място за медицинска диагностика. Те включват глюкомери, тестове за бременност, тестове за коагулация на кръвта и тестове за сърдечно-съдови маркери. Предимствата на тези микрофлуидни решения се състоят в ускорен анализ, диагностика на място и многопараметрично определяне.

Технологични предизвикателства и бъдещи перспективи

Проектирането и производството на микрофлуидни чипове обикновено се правят от пластмаса, за да се сведат до минимум производствените разходи. Типични материали като поликарбонат (PC) са важни за осигуряване на добър поток на флуида. Производствените процеси в ISAT включват различни техники като пресоване, леене под налягане, фотолитография и смилане. Дизайнът на каналните структури има голямо влияние върху поведението на потока, което може да бъде симулирано с помощта на софтуерни инструменти. Това позволява производството на чипове, които са специално оптимизирани за специфични аналитични въпроси.

Въпреки обещаващото развитие, микрофлуидиката в момента е изправена пред технически предизвикателства и проблеми със стимулите, които възпрепятстват пълното използване на нейния потенциал. Препоръчва се подобряване на достъпността, лекотата на използване и технологичността на технологиите. Необходима е промяна на гледната точка в областта на микрофлуидиката, за да се преодолеят съществуващите предизвикателства и да се развие допълнително областта на медицинските и научни приложения. Подходите, ориентирани към бъдещето, биха могли значително да увеличат потенциала на технологиите, особено в хематологията и съдовата биология, където микрофлуидите могат да имитират физиологичните условия на потока в кръвоносните съдове и капилярите.

В обобщение, както напредъкът в откриването на атомно движение в кристали, така и развитието на микрофлуидиката се вдъхновяват взаимно и водят до по-добро разбиране на много сложни системи. Иновативните подходи ще играят централна роля както във фундаменталните изследвания, така и в клиничната диагностика.