Inovatīvās mikrofluidiskās tehnoloģijas rada apvērsumu diagnostikā!

Inovatīvās mikrofluidiskās tehnoloģijas rada apvērsumu diagnostikā!

2025. gada 16. maijā Dortmundes Tehniskajā universitātē tika veikts revolucionārs eksperiments atomu kustību interferometriskai noteikšanai kristālos. Pētnieki Mareks Karzels un doktors Aleksejs Ščerbakovs no Fizikas katedras ieviesa 100 femtosekundes lāzera impulsu, kas karsēja metāla plēvi uz kristāliskas plāksnes. Filmas temperatūras paaugstināšanās bija tikai 0,1 grāds. Neskatoties uz šo minimālo pieaugumu, plēves termiskā izplešanās radīja akustisku vilni, kas tika veiksmīgi konstatēts plāksnes pretējā pusē, kad tā sasniedza virsrežģi. Eksperiments ir daļa no visaptveroša pētījuma, kas paver jaunas iespējas materiālu izpētē un kvantu metroloģijā. Tas tika publicēts arī slavenajā žurnālā “Nature Materials”.

Dr. Antons Samusevs izmantoja iespēju paskaidrot, ka eksperiments būtiski atšķiras no LIGO projekta. Lai gan LIGO reģistrē atsevišķus notikumus, šajā gadījumā ir nepieciešami daudzi mērījumi. Eksperimenta apstākļi laboratorijā ļauj veikt atkārtojumus miljoniem reižu sekundē. Šie nozīmīgie sasniegumi varētu mainīt zināšanas materiālu zinātnē un ārpus tās, ļaujot dziļāk izprast atomu kustības, kas iepriekš bija nenotveramas.

Mikrofluidika un to pielietojums

Fizikas pētījumiem progresējot, ievērojamu attīstību piedzīvo arī mikrofluidika, kas ir jauna mikroinženierijas joma. Miniaturizācija mikrotehnoloģijās ir pavērusi jaunas iespējas, izmantojot novatoriskas pieejas mikroelektronikā un mikrofluidikā. Mikrofluidika ļauj veikt pilnīgas ķīmiskās analīzes, izmantojot integrētas mikroshēmu sistēmas, kas pazīstamas kā laboratorijas mikroshēmas (LOC) vai mikro-kopējās analīzes sistēmas (µTAS). Šīs tehnoloģijas transportē ķīmiskās vielas noteiktās kanālu struktūrās, līdzīgi kā elektroniskās shēmas transportē elektronus.

Galvenās LOC tehnoloģijas pielietojuma jomas ir daudzveidīgas un svārstās no miniaturizētām laboratorijas ierīcēm, piemēram, gāzu hromatogrāfijas un elektroforēzes, līdz pat aprūpes punktu testēšanas sistēmām medicīniskajai diagnostikai. Tie ietver asins glikozes mērītājus, grūtniecības testus, asins koagulācijas testus un sirds un asinsvadu marķieru testus. Šo mikrofluidisko risinājumu priekšrocības slēpjas paātrinātā analīzē, diagnostikā uz vietas un vairāku parametru noteikšanā.

Tehnoloģiskie izaicinājumi un nākotnes perspektīvas

Mikrofluidisko mikroshēmu projektēšana un ražošana parasti ir izgatavota no plastmasas, lai samazinātu ražošanas izmaksas. Tipiski materiāli, piemēram, polikarbonāts (PC), ir svarīgi, lai nodrošinātu labu šķidruma plūsmu. ISAT ražošanas procesi ietver dažādas metodes, piemēram, presēšanu, iesmidzināšanu, fotolitogrāfiju un frēzēšanu. Kanālu struktūru konstrukcijai ir liela ietekme uz plūsmas uzvedību, ko var simulēt, izmantojot programmatūras rīkus. Tas ļauj ražot mikroshēmas, kas ir īpaši optimizētas konkrētiem analītiskiem jautājumiem.

Neskatoties uz daudzsološajiem notikumiem, mikrofluidika pašlaik saskaras ar tehniskām problēmām un stimulēšanas problēmām, kas kavē tās potenciāla pilnīgu izmantošanu. Ieteicams uzlabot tehnoloģiju pieejamību, lietotājdraudzīgumu un izgatavojamību. Perspektīvas maiņa mikrofluidikas jomā ir nepieciešama, lai pārvarētu esošās problēmas un turpinātu virzīties uz priekšu medicīnas un zinātniskā lietojuma jomā. Uz nākotni orientētas pieejas varētu ievērojami palielināt tehnoloģiju potenciālu, jo īpaši hematoloģijā un asinsvadu bioloģijā, kur mikrofluidika var atdarināt fizioloģiskās plūsmas apstākļus asinsvados un kapilāros.

Rezumējot, gan sasniegumi atomu kustības noteikšanā kristālos, gan mikrofluidikas attīstība iedvesmo viens otru un ļauj labāk izprast ļoti sarežģītas sistēmas. Novatoriskām pieejām būs galvenā loma gan fundamentālajos pētījumos, gan klīniskajā diagnostikā.