Οι καινοτόμες τεχνολογίες μικρορευστών φέρνουν επανάσταση στη διάγνωση!

Οι καινοτόμες τεχνολογίες μικρορευστών φέρνουν επανάσταση στη διάγνωση!

Στις 16 Μαΐου 2025, πραγματοποιήθηκε στο Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Ντόρτμουντ ένα πρωτοποριακό πείραμα για τη συμβολομετρική ανίχνευση ατομικών κινήσεων σε κρυστάλλους. Οι ερευνητές Marek Karzel και ο Dr. Alexey Scherbakov από το Τμήμα Φυσικής εισήγαγαν έναν παλμό λέιζερ 100 femtosecond που θερμαίνει ένα μεταλλικό φιλμ σε μια κρυσταλλική πλάκα. Η αύξηση της θερμοκρασίας του φιλμ ήταν μόνο 0,1 βαθμούς. Παρά την ελάχιστη αυτή αύξηση, η θερμική διαστολή της μεμβράνης δημιούργησε ένα ακουστικό κύμα που ανιχνεύθηκε με επιτυχία στην αντίθετη πλευρά της πλάκας καθώς έφτασε στο υπερδικτυωτό πλέγμα. Το πείραμα είναι μέρος μιας ολοκληρωμένης έρευνας που ανοίγει νέες δυνατότητες στη μελέτη υλικών και την κβαντική μετρολογία. Δημοσιεύτηκε επίσης στο φημισμένο περιοδικό «Nature Materials».

Ο Δρ Anton Samusev βρήκε την ευκαιρία να εξηγήσει ότι το πείραμα διαφέρει σημαντικά από το έργο LIGO. Ενώ το LIGO καταγράφει μεμονωμένα συμβάντα, σε αυτήν την περίπτωση απαιτούνται πολλές μετρήσεις. Οι πειραματικές συνθήκες στο εργαστήριο καθιστούν δυνατή τη διεξαγωγή επαναλήψεων εκατομμύρια φορές το δευτερόλεπτο. Αυτές οι σημαντικές πρόοδοι θα μπορούσαν να φέρουν επανάσταση στη γνώση στην επιστήμη των υλικών και πέραν αυτής, επιτρέποντας μια βαθύτερη κατανόηση των ατομικών κινήσεων που προηγουμένως ήταν άπιαστες.

Τα μικρορευστήματα και οι εφαρμογές τους

Καθώς η έρευνα στη φυσική προχωρά, η μικρορευστοποίηση, ένα αναδυόμενο πεδίο στη μικρομηχανική, γνωρίζει επίσης αξιοσημείωτη ανάπτυξη. Η μικρογραφία στη μικροτεχνολογία έχει ανοίξει νέες δυνατότητες μέσω καινοτόμων προσεγγίσεων στη μικροηλεκτρονική και τη μικρορευστοποίηση. Το Microfluidics επιτρέπει την πραγματοποίηση πλήρεις χημικές αναλύσεις μέσω ολοκληρωμένων συστημάτων τσιπ γνωστών ως lab-on-a-chip (LOC) ή micro-total analysis systems (μTAS). Αυτές οι τεχνολογίες μεταφέρουν χημικές ουσίες σε καθορισμένες δομές καναλιών, παρόμοια με τον τρόπο με τον οποίο τα ηλεκτρονικά κυκλώματα μεταφέρουν ηλεκτρόνια.

Τα κύρια πεδία εφαρμογής της τεχνολογίας LOC ποικίλλουν και κυμαίνονται από μικροσκοπικές εργαστηριακές συσκευές, όπως αέρια χρωματογραφία και ηλεκτροφόρηση, έως συστήματα δοκιμών σημείου φροντίδας για ιατρικά διαγνωστικά. Αυτά περιλαμβάνουν μετρητές γλυκόζης αίματος, τεστ εγκυμοσύνης, τεστ πήξης αίματος και εξετάσεις για καρδιαγγειακούς δείκτες. Τα πλεονεκτήματα αυτών των μικρορευστικών λύσεων έγκεινται στην επιταχυνόμενη ανάλυση, την επιτόπια διάγνωση και τον προσδιορισμό πολλαπλών παραμέτρων.

Τεχνολογικές προκλήσεις και μελλοντικές προοπτικές

Ο σχεδιασμός και η κατασκευή μικρορευστοποιημένων τσιπ συνήθως κατασκευάζονται από πλαστικά για να ελαχιστοποιηθεί το κόστος κατασκευής. Τα τυπικά υλικά όπως το πολυανθρακικό (PC) είναι σημαντικά για την εξασφάλιση καλής ροής ρευστού. Οι διαδικασίες παραγωγής στο ISAT περιλαμβάνουν διάφορες τεχνικές όπως πρεσάρισμα, χύτευση με έγχυση, φωτολιθογραφία και φρεζάρισμα. Ο σχεδιασμός των δομών των καναλιών έχει μεγάλη επιρροή στη συμπεριφορά ροής, η οποία μπορεί να προσομοιωθεί χρησιμοποιώντας εργαλεία λογισμικού. Αυτό επιτρέπει την παραγωγή τσιπ που είναι ειδικά βελτιστοποιημένα για συγκεκριμένες αναλυτικές ερωτήσεις.

Παρά τις ελπιδοφόρες εξελίξεις, η microfluidics αντιμετωπίζει επί του παρόντος τεχνικές προκλήσεις και προβλήματα κινήτρων που εμποδίζουν την πλήρη εκμετάλλευση των δυνατοτήτων της. Συνιστάται η βελτίωση της προσβασιμότητας, της φιλικότητας προς τον χρήστη και της δυνατότητας κατασκευής των τεχνολογιών. Μια αλλαγή προοπτικής στον τομέα της μικρορευστικότητας είναι απαραίτητη προκειμένου να ξεπεραστούν οι υπάρχουσες προκλήσεις και να προωθηθεί περαιτέρω ο τομέας των ιατρικών και επιστημονικών εφαρμογών. Οι προσεγγίσεις προσανατολισμένες στο μέλλον θα μπορούσαν να αυξήσουν σημαντικά τις δυνατότητες των τεχνολογιών, ιδιαίτερα στην αιματολογία και την αγγειακή βιολογία, όπου τα μικρορευστικά μπορούν να μιμηθούν τις φυσιολογικές συνθήκες ροής στα αιμοφόρα αγγεία και τα τριχοειδή αγγεία.

Συνοπτικά, τόσο η πρόοδος στην ανίχνευση της ατομικής κίνησης στους κρυστάλλους όσο και οι εξελίξεις στα μικρορευστικά εμπνέουν η μία την άλλη και οδηγούν σε μια καλύτερη κατανόηση των εξαιρετικά πολύπλοκων συστημάτων. Οι καινοτόμες προσεγγίσεις θα διαδραματίσουν κεντρικό ρόλο τόσο στη βασική έρευνα όσο και στην κλινική διάγνωση.