Inovativní mikrofluidní technologie znamenají revoluci v diagnostice!

Inovativní mikrofluidní technologie znamenají revoluci v diagnostice!

Dne 16. května 2025 byl na Technické univerzitě v Dortmundu proveden přelomový experiment pro interferometrickou detekci pohybů atomů v krystalech. Výzkumníci Marek Karzel a Dr. Alexey Scherbakov z katedry fyziky představili 100femtosekundový laserový pulz, který zahříval kovový film na krystalické desce. Nárůst teploty filmu byl pouze 0,1 stupně. Navzdory tomuto minimálnímu nárůstu tepelná roztažnost filmu generovala akustickou vlnu, která byla úspěšně detekována na opačné straně desky, když dosáhla supermřížky. Experiment je součástí komplexního výzkumu, který otevírá nové možnosti ve studiu materiálů a kvantové metrologii. Byl také publikován v renomovaném časopise „Nature Materials“.

Dr. Anton Samusev využil příležitosti a vysvětlil, že experiment se výrazně liší od projektu LIGO. Zatímco LIGO zaznamenává jednotlivé události, v tomto případě jsou vyžadována četná měření. Experimentální podmínky v laboratoři umožňují provádět opakování milionkrát za sekundu. Tyto významné pokroky by mohly způsobit revoluci ve znalostech ve vědě o materiálech i mimo ně a umožnit hlubší pochopení atomových pohybů, které byly dříve nepolapitelné.

Mikrofluidika a její aplikace

S postupujícím výzkumem ve fyzice zažívá pozoruhodný rozvoj také mikrofluidika, vznikající obor v rámci mikroinženýrství. Miniaturizace v mikrotechnologiích otevřela nové možnosti prostřednictvím inovativních přístupů v mikroelektronice a mikrofluidice. Microfluidics umožňuje provádět kompletní chemické analýzy prostřednictvím integrovaných čipových systémů známých jako lab-on-a-chip (LOC) nebo mikrototální analytické systémy (µTAS). Tyto technologie přenášejí chemikálie v definovaných kanálových strukturách, podobně jako elektronické obvody přenášejí elektrony.

Hlavní oblasti použití technologie LOC jsou rozmanité a sahají od miniaturizovaných laboratorních zařízení, jako je plynová chromatografie a elektroforéza, až po testovací systémy pro lékařskou diagnostiku. Patří mezi ně glukometry, těhotenské testy, testy koagulace krve a testy kardiovaskulárních markerů. Výhody těchto mikrofluidních roztoků spočívají ve zrychlené analýze, diagnostice na místě a multiparametrovém stanovení.

Technologické výzvy a perspektivy do budoucna

Konstrukce a výroba mikrofluidních čipů jsou obvykle vyrobeny z plastů, aby se minimalizovaly výrobní náklady. Typické materiály, jako je polykarbonát (PC), jsou důležité pro zajištění dobrého průtoku kapaliny. Výrobní procesy v ISAT zahrnují různé techniky, jako je lisování, vstřikování, fotolitografie a frézování. Návrh struktury kanálů má velký vliv na chování proudění, které lze simulovat pomocí softwarových nástrojů. To umožňuje výrobu čipů, které jsou speciálně optimalizovány pro specifické analytické otázky.

Navzdory slibnému vývoji čelí mikrofluidika v současnosti technickým výzvám a problémům s pobídkami, které brání plnému využití jejího potenciálu. Doporučuje se zlepšit dostupnost, uživatelskou přívětivost a vyrobitelnost technologií. Změna perspektivy v oblasti mikrofluidiky je nezbytná k překonání stávajících výzev a dalšímu pokroku v oblasti lékařských a vědeckých aplikací. Přístupy orientované na budoucnost by mohly významně zvýšit potenciál technologií, zejména v hematologii a vaskulární biologii, kde mikrofluidika může napodobovat fyziologické podmínky proudění v cévách a kapilárách.

Stručně řečeno, oba pokroky v detekci pohybu atomů v krystalech a vývoj v mikrofluidice se navzájem inspirují a vedou k lepšímu pochopení vysoce komplexních systémů. Inovativní přístupy budou hrát ústřední roli jak v základním výzkumu, tak v klinické diagnostice.