Uuenduslikud mikrofluiditehnoloogiad muudavad diagnostikas revolutsiooni!

Uuenduslikud mikrofluiditehnoloogiad muudavad diagnostikas revolutsiooni!

16. mail 2025 viidi Dortmundi tehnikaülikoolis läbi murranguline eksperiment aatomite liikumiste interferomeetriliseks tuvastamiseks kristallides. Teadlased Marek Karzel ja dr Aleksei Scherbakov füüsikaosakonnast tutvustasid 100 femtosekundilist laserimpulssi, mis kuumutas kristallilisel plaadil metallkilet. Kile temperatuuritõus oli vaid 0,1 kraadi. Vaatamata sellele minimaalsele suurenemisele tekitas kile soojuspaisumine akustilise laine, mis tuvastati edukalt plaadi vastasküljel, kui see jõudis ülivõreni. Eksperiment on osa terviklikust uurimistööst, mis avab uusi võimalusi materjaliuuringutes ja kvantmetroloogias. See avaldati ka mainekas ajakirjas Nature Materials.

Dr Anton Samusev kasutas juhust ja selgitas, et eksperiment erineb oluliselt LIGO projektist. Kuigi LIGO salvestab üksikuid sündmusi, on sel juhul vaja arvukalt mõõtmisi. Labori katsetingimused võimaldavad teha kordusi miljoneid kordi sekundis. Need olulised edusammud võivad muuta materjaliteaduse ja muuga seotud teadmisi, võimaldades sügavamalt mõista varem tabamatuid aatomi liikumisi.

Mikrofluidika ja nende rakendused

Füüsikaalaste uuringute edenedes on märkimisväärset arengut läbimas ka mikrofluidika, mis on esilekerkiv mikroinseneride valdkond. Mikrotehnoloogia miniaturiseerimine on avanud uusi võimalusi mikroelektroonika ja mikrofluidika uuenduslike lähenemisviiside kaudu. Microfluidics võimaldab täielikke keemilisi analüüse läbi viia integreeritud kiibisüsteemide kaudu, mida tuntakse labori-kiibil (LOC) või mikrokoguanalüüsi süsteemidena (µTAS). Need tehnoloogiad transpordivad kemikaale kindlaksmääratud kanalistruktuurides, sarnaselt sellele, kuidas elektronahelad transpordivad elektrone.

LOC-tehnoloogia peamised kasutusvaldkonnad on mitmekesised ja ulatuvad miniatuursetest laboriseadmetest, nagu gaaskromatograafia ja elektroforees, kuni meditsiinidiagnostika kontrollisüsteemideni. Nende hulka kuuluvad vere glükoosimeetrid, rasedustestid, vere hüübimistestid ja kardiovaskulaarsete markerite testid. Nende mikrofluidiliste lahenduste eelised seisnevad kiirendatud analüüsis, kohapealses diagnostikas ja mitme parameetriga määramises.

Tehnoloogilised väljakutsed ja tulevikuperspektiivid

Mikrofluidkiipide projekteerimine ja tootmine on tavaliselt valmistatud plastist, et minimeerida tootmiskulusid. Tüüpilised materjalid, nagu polükarbonaat (PC), on olulised vedeliku hea voolamise tagamiseks. ISATi tootmisprotsessid hõlmavad erinevaid tehnikaid, nagu pressimine, survevalu, fotolitograafia ja jahvatamine. Kanalistruktuuride ülesehitusel on suur mõju voolukäitumisele, mida saab simuleerida tarkvaratööriistade abil. See võimaldab toota kiipe, mis on spetsiaalselt optimeeritud konkreetsete analüütiliste küsimuste jaoks.

Vaatamata paljulubavatele arengutele seisab mikrofluidika praegu silmitsi tehniliste väljakutsete ja stiimuliprobleemidega, mis takistavad selle potentsiaali täielikku ärakasutamist. Soovitatav on parandada tehnoloogiate juurdepääsetavust, kasutajasõbralikkust ja valmistatavust. Vaatenurga muutmine mikrofluidika valdkonnas on vajalik, et ületada olemasolevad väljakutsed ning edendada meditsiiniliste ja teaduslike rakenduste valdkonda. Tulevikku suunatud lähenemisviisid võivad märkimisväärselt suurendada tehnoloogiate potentsiaali, eriti hematoloogias ja vaskulaarbioloogias, kus mikrofluidika võib jäljendada füsioloogilisi voolutingimusi veresoontes ja kapillaarides.

Kokkuvõtteks võib öelda, et nii edusammud aatomi liikumise tuvastamisel kristallides kui ka mikrofluidika areng inspireerivad üksteist ja aitavad paremini mõista väga keerulisi süsteeme. Uuenduslikud lähenemisviisid mängivad keskset rolli nii alusuuringutes kui ka kliinilises diagnostikas.