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. Je zde použita šablona {{Cite journal}} označená jako k „pouze dočasnému použití“.
  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. Je zde použita šablona {{Cite book}} označená jako k „pouze dočasnému použití“.
  3. ↑ Karniadakis GM, Beskok A, Aluru N. Microflows and Nanoflows. [s.l.]: Springer Verlag, 2005. Je zde použita šablona {{Cite book}} označená jako k „pouze dočasnému použití“.
  4. ↑ Bruus H. Theoretical Microfluidics. [s.l.]: Oxford University Press, 2007. Je zde použita šablona {{Cite book}} označená jako k „pouze dočasnému použití“.
  5. ↑ Shkolnikov V. Principles of Microfluidics. [s.l.]: [s.n.], 2019. ISBN 978-1790217281. Je zde použita šablona {{Cite book}} označená jako k „pouze dočasnému použití“.
  6. ↑ Tabeling P. Introduction to Microfluidics. [s.l.]: Oxford University Press, 2005. Dostupné online. ISBN 978-0-19-856864-3. Je zde použita šablona {{Cite book}} označená jako k „pouze dočasnému použití“.
  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. Je zde použita šablona {{Cite journal}} označená jako k „pouze dočasnému použití“.
  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. Je zde použita šablona {{Cite journal}} označená jako k „pouze dočasnému použití“.

Externí odkazy

  • Logo Wikimedia Commons Obrázky, zvuky či videa k tématu Mikrofluidika na Wikimedia Commons
Pahýl
Pahýl
 Tento článek je příliš stručný nebo postrádá důležité informace.
Pomozte Wikipedii tím, že jej vhodně rozšíříte. Nevkládejte však bez oprávnění cizí texty.
Autoritní data Editovat na Wikidatech
  • NKC: ph387190
  • GND: 4803438-1
  • NLI: 987007539801205171