Mikrofluidika

Mikrofluidika se týká chování, přesného řízení a manipulace s tekutinami, které jsou geometricky omezeny na malé měřítko (obvykle submilimetrové), v němž povrchové síly převažují nad objemovými. Jedná se o multidisciplinární obor, který zahrnuje inženýrství, fyziku, chemii, biochemii, nanotechnologii a biotechnologii. Má praktické využití při navrhování systémů, které zpracovávají malé objemy tekutin za účelem dosažení multiplexování, automatizace a vysoce výkonného screeningu. Mikrofluidika se objevila na počátku 80. let 20. století a používá se při vývoji inkoustových tiskových hlav, DNA čipů, technologie laboratoře na čipu, mikropohonu a mikrotermických technologií.

Obvykle mikro znamená jednu z následujících vlastností:

  • Malé objemy (μL, nL, pL, fL).
  • Malá velikost
  • Nízká spotřeba energie
  • Mikrodoménové efekty

Mikrofluidní systémy obvykle transportují, míchají, oddělují nebo jinak zpracovávají tekutiny. Různé aplikace se spoléhají na pasivní řízení tekutin pomocí kapilárních sil v podobě kapilárních prvků modifikujících proudění, podobných rezistorům a urychlovačům proudění. V některých aplikacích se k usměrněnému transportu média navíc používají externí ovládací prostředky. Příkladem jsou rotační pohony uplatňující odstředivé síly pro dopravu tekutiny na pasivních čipech. Aktivní mikrofluidika se týká definované manipulace s pracovní tekutinou pomocí aktivních (mikro) komponent, jako jsou mikropumpy nebo mikrozávory. Mikročerpadla přivádějí kapaliny kontinuálním způsobem nebo se používají k dávkování. Mikroventily určují směr proudění nebo způsob pohybu čerpaných kapalin. Procesy běžně prováděné v laboratoři jsou často miniaturizovány na jeden čip, což zvyšuje účinnost a mobilitu a snižuje objemy vzorků a činidel.

Chování kapalin v mikroměřítku

Chování kapalin v mikroměřítku se může lišit od "makrofluidního" chování tím, že v systému začínají převládat faktory, jako je povrchové napětí, rozptyl energie a odpor kapaliny. Mikrofluidika studuje, jak se tyto faktory mění a jak je lze obejít nebo využít k novým účelům.[1][2][3][4][5]

V malých měřítkách (velikost kanálků přibližně 100 nanometrů až 500 mikrometrů) se objevují některé zajímavé a někdy neintuitivní vlastnosti. Zejména Reynoldsovo číslo (které porovnává vliv hybnosti kapaliny s vlivem viskozity) může být velmi nízké. Klíčovým důsledkem je, že se souběžně proudící kapaliny nemusí nutně mísit v tradičním smyslu, protože proudění se stává spíše laminárním než turbulentním; molekulární transport mezi nimi musí často probíhat difuzí.[6]

Lze také zajistit vysokou specifičnost chemických a fyzikálních vlastností (koncentrace, pH, teplota, smyková síla atd.), což vede k jednotnějším reakčním podmínkám a vyšší kvalitě produktů v jedno- i vícestupňových reakcích.[7][8]

Odkazy

Reference

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Microfluidics na anglické Wikipedii.

  1. Terry SC, Jerman JH, Angell JB. A gas chromatographic air analyzer fabricated on a silicon wafer.. IEEE Transactions on Electron Devices. December 1979, s. 1880–6. DOI 10.1109/T-ED.1979.19791. S2CID 21971431. Bibcode 1979ITED...26.1880T. (anglicky)
  2. Kirby BJ. Micro- and Nanoscale Fluid Mechanics: Transport in Microfluidic Devices. [s.l.]: Cambridge University Press, 2010. Dostupné v archivu pořízeném z originálu dne 2019-04-28. (anglicky)
  3. Karniadakis GM, Beskok A, Aluru N. Microflows and Nanoflows. [s.l.]: Springer Verlag, 2005. (anglicky)
  4. Bruus H. Theoretical Microfluidics. [s.l.]: Oxford University Press, 2007. (anglicky)
  5. Shkolnikov V. Principles of Microfluidics. [s.l.]: [s.n.], 2019. ISBN 978-1790217281. (anglicky)
  6. Tabeling P. Introduction to Microfluidics. [s.l.]: Oxford University Press, 2005. Dostupné online. ISBN 978-0-19-856864-3. (anglicky)
  7. Chokkalingam V, Weidenhof B, Krämer M, Maier WF, Herminghaus S, Seemann R. Optimized droplet-based microfluidics scheme for sol-gel reactions. Lab on a Chip. July 2010, s. 1700–5. DOI 10.1039/b926976b. PMID 20405061. (anglicky)
  8. Shestopalov I, Tice JD, Ismagilov RF. Multi-step synthesis of nanoparticles performed on millisecond time scale in a microfluidic droplet-based system. Lab on a Chip. August 2004, s. 316–21. Dostupné online. DOI 10.1039/b403378g. PMID 15269797. (anglicky)

Externí odkazy
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.