Innovatieve microfluïdische technologieën zorgen voor een revolutie in de diagnostiek!

Innovatieve microfluïdische technologieën zorgen voor een revolutie in de diagnostiek!

Op 16 mei 2025 werd aan de Technische Universiteit van Dortmund een baanbrekend experiment uitgevoerd voor de interferometrische detectie van atomaire bewegingen in kristallen. De onderzoekers Marek Karzel en Dr. Alexey Scherbakov van het Departement Natuurkunde introduceerden een laserpuls van 100 femtoseconden die een metaalfilm op een kristallijne plaat verwarmde. De temperatuurstijging van de film bedroeg slechts 0,1 graden. Ondanks deze minimale toename genereerde de thermische uitzetting van de film een ​​akoestische golf die met succes werd gedetecteerd aan de andere kant van de plaat toen deze het superrooster bereikte. Het experiment maakt deel uit van uitgebreid onderzoek dat nieuwe mogelijkheden opent op het gebied van materiaalstudie en kwantummetrologie. Het werd ook gepubliceerd in het gerenommeerde tijdschrift “Nature Materials”.

Dr. Anton Samusev maakte van de gelegenheid gebruik om uit te leggen dat het experiment aanzienlijk verschilt van het LIGO-project. Terwijl LIGO individuele gebeurtenissen registreert, zijn in dit geval talrijke metingen vereist. De experimentele omstandigheden in het laboratorium maken het mogelijk om miljoenen keren per seconde herhalingen uit te voeren. Deze belangrijke vooruitgang zou een revolutie teweeg kunnen brengen in de kennis in de materiaalkunde en daarbuiten, waardoor een dieper begrip van atomaire bewegingen mogelijk zou worden die voorheen ongrijpbaar waren.

Microfluidica en hun toepassingen

Naarmate het onderzoek in de natuurkunde vordert, maakt ook microfluïdica, een opkomend vakgebied binnen de micro-engineering, een opmerkelijke ontwikkeling door. Miniaturisatie in de microtechnologie heeft nieuwe mogelijkheden geopend via innovatieve benaderingen in de micro-elektronica en microfluïdica. Microfluidics maakt het mogelijk volledige chemische analyses uit te voeren via geïntegreerde chipsystemen die bekend staan ​​als lab-on-a-chip (LOC) of micro-totale analysesystemen (μTAS). Deze technologieën transporteren chemicaliën in gedefinieerde kanaalstructuren, vergelijkbaar met hoe elektronische circuits elektronen transporteren.

De belangrijkste toepassingsgebieden van LOC-technologie zijn divers en variëren van geminiaturiseerde laboratoriumapparatuur, zoals gaschromatografie en elektroforese, tot point-of-care-testsystemen voor medische diagnostiek. Denk hierbij aan bloedglucosemeters, zwangerschapstesten, bloedstollingstesten en testen op cardiovasculaire markers. De voordelen van deze microfluïdische oplossingen liggen in versnelde analyse, diagnostiek ter plaatse en bepaling van meerdere parameters.

Technologische uitdagingen en toekomstperspectieven

Het ontwerp en de vervaardiging van microfluïdische chips zijn meestal gemaakt van kunststoffen om de productiekosten te minimaliseren. Typische materialen zoals polycarbonaat (PC) zijn belangrijk om een ​​goede vloeistofstroom te garanderen. De productieprocessen in ISAT omvatten verschillende technieken zoals persen, spuitgieten, fotolithografie en frezen. Het ontwerp van de kanaalstructuren heeft een grote invloed op het stromingsgedrag, dat met softwaretools kan worden gesimuleerd. Hierdoor kunnen chips worden geproduceerd die specifiek zijn geoptimaliseerd voor specifieke analytische vragen.

Ondanks de veelbelovende ontwikkelingen wordt de microfluïdica momenteel geconfronteerd met technische uitdagingen en stimuleringsproblemen die de volledige benutting van het potentieel ervan belemmeren. Een verbetering van de toegankelijkheid, gebruiksvriendelijkheid en maakbaarheid van de technologieën wordt aanbevolen. Een verandering van perspectief op het gebied van microfluidica is noodzakelijk om de bestaande uitdagingen te overwinnen en het veld van medische en wetenschappelijke toepassingen verder te ontwikkelen. Toekomstgerichte benaderingen zouden het potentieel van de technologieën aanzienlijk kunnen vergroten, vooral in de hematologie en vasculaire biologie, waar microfluïdica de fysiologische stromingsomstandigheden in bloedvaten en haarvaten kunnen nabootsen.

Samenvattend inspireren zowel de vooruitgang in de detectie van atomaire beweging in kristallen als de ontwikkelingen in de microfluïdica elkaar en leiden ze tot een beter begrip van zeer complexe systemen. Innovatieve benaderingen zullen een centrale rol spelen in zowel fundamenteel onderzoek als klinische diagnostiek.