Innowacyjne technologie mikroprzepływowe rewolucjonizują diagnostykę!

Innowacyjne technologie mikroprzepływowe rewolucjonizują diagnostykę!

16 maja 2025 roku na Politechnice w Dortmundzie przeprowadzono przełomowy eksperyment dotyczący interferometrycznego wykrywania ruchów atomów w kryształach. Badacze Marek Karzel i dr Alexey Scherbakov z Wydziału Fizyki wprowadzili 100 femtosekundowy impuls laserowy, który podgrzewał metalową warstwę na krystalicznej płytce. Wzrost temperatury folii wyniósł zaledwie 0,1 stopnia. Pomimo tego minimalnego wzrostu, rozszerzalność cieplna folii wygenerowała falę akustyczną, która została pomyślnie wykryta po przeciwnej stronie płyty, gdy dotarła do supersieci. Eksperyment jest częścią kompleksowych badań, które otwierają nowe możliwości w badaniach materiałów i metrologii kwantowej. Został on także opublikowany w renomowanym czasopiśmie „Nature Materials”.

Dr Anton Samusev skorzystał z okazji i wyjaśnił, że eksperyment znacznie różni się od projektu LIGO. O ile LIGO rejestruje pojedyncze zdarzenia, o tyle w tym przypadku wymagane są liczne pomiary. Warunki eksperymentalne panujące w laboratorium pozwalają na wykonywanie powtórzeń miliony razy na sekundę. Te znaczące postępy mogą zrewolucjonizować wiedzę z zakresu materiałoznawstwa i nie tylko, umożliwiając głębsze zrozumienie ruchów atomów, które wcześniej były nieuchwytne.

Mikroprzepływy i ich zastosowania

W miarę postępu badań w dziedzinie fizyki niezwykły rozwój przeżywa także mikroprzepływy, wschodząca dziedzina mikroinżynierii. Miniaturyzacja w mikrotechnologii otworzyła nowe możliwości dzięki innowacyjnym podejściu do mikroelektroniki i mikroprzepływów. Microfluidics umożliwia przeprowadzanie kompletnych analiz chemicznych za pomocą zintegrowanych systemów chipowych znanych jako lab-on-a-chip (LOC) lub systemy analizy mikro-totalnej (µTAS). Technologie te transportują substancje chemiczne w określonych strukturach kanałowych, podobnie jak obwody elektroniczne transportują elektrony.

Główne obszary zastosowania technologii LOC są różnorodne i obejmują zminiaturyzowane urządzenia laboratoryjne, takie jak chromatografia gazowa i elektroforeza, po systemy testowe w punktach opieki do diagnostyki medycznej. Należą do nich glukometry, testy ciążowe, testy krzepnięcia krwi i testy markerów sercowo-naczyniowych. Zalety tych rozwiązań mikroprzepływowych polegają na przyspieszonej analizie, diagnostyce na miejscu i oznaczaniu wielu parametrów.

Wyzwania technologiczne i perspektywy na przyszłość

Projektowanie i produkcja chipów mikroprzepływowych jest zwykle wykonywana z tworzyw sztucznych, aby zminimalizować koszty produkcji. Typowe materiały, takie jak poliwęglan (PC), są ważne dla zapewnienia dobrego przepływu płynu. Procesy produkcyjne w ISAT obejmują różne techniki, takie jak prasowanie, formowanie wtryskowe, fotolitografia i frezowanie. Konstrukcja struktur kanałów ma duży wpływ na zachowanie przepływu, które można symulować za pomocą narzędzi programowych. Umożliwia to produkcję chipów zoptymalizowanych specjalnie pod kątem konkretnych pytań analitycznych.

Pomimo obiecujących osiągnięć, mikroprzepływy stoją obecnie przed wyzwaniami technicznymi i problemami motywacyjnymi, które utrudniają pełne wykorzystanie jej potencjału. Zaleca się poprawę dostępności, przyjazności dla użytkownika i możliwości produkcyjnych technologii. Aby przezwyciężyć istniejące wyzwania i dalej rozwijać dziedzinę zastosowań medycznych i naukowych, konieczna jest zmiana perspektywy w dziedzinie mikroprzepływów. Przyszłościowe podejście mogłoby znacznie zwiększyć potencjał tych technologii, szczególnie w hematologii i biologii naczyń, gdzie mikroprzepływy mogą naśladować fizjologiczne warunki przepływu w naczyniach krwionośnych i kapilarach.

Podsumowując, zarówno postęp w wykrywaniu ruchu atomów w kryształach, jak i rozwój mikroprzepływów inspirują się wzajemnie i prowadzą do lepszego zrozumienia bardzo złożonych układów. Innowacyjne podejścia będą odgrywać kluczową rolę zarówno w badaniach podstawowych, jak i diagnostyce klinicznej.