Ключевая лаборатория провела обзор литературы

Feb 29, 2024

Пекинский технологический институт Press Co., Ltd.

изображение: Активные микроклапаны и пассивные микроклапаны в микрофлюидных чипах. (A) Типичная конструкция активного микроклапана: скользящий рычаг. Структуры ПДМС содержат направляющий канал и жидкостный канал и были прикреплены к плоской поверхности ПДМС. (B) Принцип работы пережимного клапана. (C) Принцип работы микроклапана с фазовым изменением. (D) Принцип работы микроклапана с горячими пузырьками.посмотреть больше

Авторы и права: Космос: наука и технологии.

Использование космической среды для проведения биологических исследований имеет большое значение для вопросов, влияющих на возникновение и развитие жизни на Земле посредством космических полетов и космической среды; однако существуют ограничения в сложных манипуляциях, исследовательских моделях, основанных на экспериментах на млекопитающих и двумерных культурах клеток, и т. д. Микрофлюидные чипы, также известные как «лаборатория на чипе (LOC)», объединяют соответствующие функции традиционных лабораторий на микронном уровне. Чип уровня с низким энергопотреблением, высокой пропускной способностью и автоматизацией, который может обеспечить долгосрочную экспериментальную работу, а также удаленную запись и передачу данных, тем самым преодолевая проблемы космической среды, скудные экспериментальные ресурсы и проблемы беспилотных операций для некоторых степень. Для проведения соответствующих исследований с использованием микрофлюидных чипов очень важно приводить в действие и контролировать микрофлюидику. В обзорной статье, недавно опубликованной в журнале Space: Science & Technology, исследователи из Пекинской ключевой лаборатории разделения и анализа в биомедицине и фармацевтике Школы наук о жизни Пекинского технологического института всесторонне обсудили и обобщили прогресс в области микрофлюидных управляемых и управляемых систем и потенциальное применение и проблемы космической науки.

Прежде всего, кратко изложено современное развитие микрофлюидных технологий, управляемых и управляемых. В микрофлюидном чипе микронасосы, которые играют роль передачи и распределения потока жидкости, в основном делятся на две категории: механические микронасосы (воздействующие на некоторую структуру чипа) и немеханические микронасосы (непосредственно приводящие в движение жидкость). Механические микронасосы перекачивают и контролируют микрожидкости с помощью механических движущихся частей, представителями которых являются диафрагменный микронасос, поршневой микронасос, микронасос с планетарной передачей, пневматический микронасос, микронасос с электрическим приводом, пьезоэлектрический микронасос и микронасос с оптическим приводом, простые по конструкции и эксплуатации, но ограниченные деформация и хрупкость пленки, сложный процесс изготовления, высокая стоимость, низкая надежность и трудная интеграция. Немеханические микронасосы полагаются на различные физические или химические эффекты для преобразования некоторой немеханической энергии в кинетическую энергию для движения жидкости, представителями которых являются электроосмотический микронасос, магнитогидродинамический микронасос, микронасос пузырькового типа, капиллярный микронасос и поверхностная акустическая волна (ПАВ). ) микронасос, имеющий определенную степень стабильности во время изготовления, но требующий сложных цепей управления, внешнего оборудования и дополнительной мощности во время работы. Микроклапан представляет собой переключатель, управляющий потоком жидкости, который обычно располагается перед входным узлом системы и узлом канала. Здесь микроклапан разделен на активный клапан и пассивный клапан. Активный клапан не полагается на преобразование энергии, а непосредственно воздействует на переключение жидкости, например, скользящая стенка и пережимные клапаны. На пассивный микроклапан в основном влияет частота действия насосной камеры, чтобы контролировать направление потока и давление жидкости, например, микроклапан с фазовым изменением, микроклапан с горячими пузырьками и микроклапан с магнитной жидкостью. В последние годы все большее внимание уделяется комбинированию различных методов для преодоления недостатков единого механизма, основанного на микрофлюидном управлении или приведении в действие.

Затем были кратко обсуждены применения микрофлюидных чипов или систем в моделирующих пространственных условиях или в какой-либо конкретной аэрокосмической отрасли. В условиях моделируемой микрогравитации Мишель и др. показали, что цельностеклянная платформа LOC может быть успешно использована для культивирования кератинобразующих клеток человека и клеток меланомы кожи, Yang et al. обнаружили, что на ранней стадии прорастания семян реакция фактора роста значительно снижается после суспензии семян, Wang et al. провели анализ повреждения микрогравитацией Cryptobacterium hidradenum, а Yew et al. разработали систему клиноротации LOC для удовлетворения потребности в кратковременном отслеживании клеточных реакций и создании динамической текучей среды. В некоторых странах успешно реализуются исследовательские проекты в области космической биологии на основе микрофлюидных чипов, такие как миссия STS-116 (запуск первого микрочипа, способного обнаруживать в космосе грамотрицательные бактерии), космический корабль «Фотон-М3» (низкочастотный). испытания на околоземной орбите), rHEALTH (разработка многоразового микрофлюидного чип-устройства, предназначенного для мониторинга здоровья астронавтов во время длительных полетов в космосе), CubeSat (значительная проверка не только систем LOC, но и миниатюрных центрифуг с переменным g, работающих в свободно летающих CubeSat ), первый космический орган на чипе, финансируемый Национальными институтами здравоохранения, BioSentinel (пример автономных биоаналитических микросистем) и модульный лабораторный чип ISRO. Тем временем исследовательская группа уже более 10 лет проводит исследования в области космических наук о жизни на основе микрофлюидных чипов и успешно осуществила несколько космических запусков. Подводя итог, космические биологические исследования требуют высокоинтегрированных, автоматизированных и функционально разнообразных платформ обнаружения, а микрофлюидные чипы обладают уникальными преимуществами.