کاربرد میکروسیالات در زندگی ما

به گزارش گروه فناوری خبرگزاری دانشجو، وقتی به فناوری میکرو یا نانو فکر می‌کنید، احتمالاً به فکر لوازم الکترونیکی کوچک، یک ربات کوچک یا یک ریز تراشه هستید. اما کیت‌های تشخیص کرونا نیز از این نوع فناوری‌ها بهره‌مند هستند. بسیاری از کیت‌های آزمایش کرونا که بدون نیاز به ارسال نمونه به آزمایشگاه می‌توانند ظرف چند ساعت نتیجه دهند از فناوری به‌ نام میکروسیال استفاده می‌کنند.

من استاد مهندسی زیستی هستم و برای تحقیقاتم با میکروسیالات کار می‌کنم. همه چیز، از آزمایش‌های بارداری گرفته تا نوار‌های تشخیص گلوکز و چاپگر‌های جوهرافشان و همچنین آزمایش‌های ژنتیکی به فناوری میکروسیالات متکی هستند.

میکروسیال چیست؟

سیستم‌های میکروسیال ابزار‌هایی هستند که مقدار کمی مایع را پردازش می‌کند. در این ادوات، سیالات از کانال‌هایی نازک‌تر از مو عبور می‌کنند و دریچه‌های کوچک می‌توانند جریان را خاموش و روشن کنند. این کانال‌ها از موادی مانند شیشه، پلیمرها، کاغذ یا ژل ساخته شده‌اند.

یکی از راه‌های انتقال مایعات استفاده از پمپ مکانیکی است. در مقیاس‌های کوچک، سیالات رفتار متفاوتی دارند. مثلا رفتار آن‌ها با خروج آب از شیلنگ تفاوت دارد. هر گوشه از بدن انسان یک ابزار میکروسیالی است. ما نمی‌توانیم بدون مویرگ‌های خون که غذا، اکسیژن و مولکول‌های سیگنالینگ را به هر سلول می‌آورند، زندگی کنیم.

مزایای ادوات میکروسیالی

با کوچکتر شدن اجزا، دستگاه‌ها می‌توانند سریع‌تر و کارآمدتر کار کنند و ساخت آن‌ها ارزان‌تر شود. انقلاب میکروسیالی در سکوت همتای الکترونیکی خود بوده است. یکی دیگر از مزایای مهم دستگاه‌های میکروسیالی این است که آن‌ها فقط به مقدار بسیار کمی مایع نیاز دارند؛ بنابراین، می‌توانند ابعاد کوچکی داشته باشند. ناسا مدت‌هاست که در حال بررسی آنالیز‌های میکروسیالی برای مریخ‌نورد‌های خود است. به‌عنوان مثال، دستگاه‌های تشخیص گلوکز ابزاری میکروسیالی هستند که برای اندازه‌گیری قند خون یک فرد دیابتی فقط به یک قطره خون نیاز دارند.

میکروسیالات در فناوری، زیست شناسی و پزشکی

چاپگر‌های جوهرافشان قطرات ریز جوهر را شلیک می‌کنند. چاپگر‌های سه‌بعدی، پلیمر مذاب را از طریق یک نازل میکروسیال فشرده می‌کنند. جوهر در قلم‌ها و خودکار‌ها از طریق اصول میکروسیالی جریان می‌یابد. نبولایزر‌ها برای بیماران آسم قطرات دارو را به‌صورت میکروسکوپی مه‌پاشی می‌کنند. آزمایش بارداری متکی به جریان ادرار در داخل یک نوار کاغذ میکروسیال است.

در تحقیقات علمی، میکروسیالات می‌توانند داروها، مواد مغذی یا هر مایعی را به قسمت‌های بسیار خاصی از ارگانیسم به‌منظور شبیه‌سازی دقیق‌تر فرآیند‌های زیستی هدایت کنند. بسیاری از تراشه‌های ژنتیکی میکروسیالی قدرت توالی‌یابی سریع ژنوم انسان را فراهم می‌کنند و آزمایش‌های DNA شخصی را به واقعیت تبدیل می‌کند. هیچ یک از این‌ها بدون وجود میکروسیال امکان‌پذیر نبود.

آینده میکروسیالات

حوزه میکروسیالات برای وارد کردن پزشکی به یک دوره جدید ضروری است. دستگاه‌های پوشیدنی که مواد موجود در عرق را برای نظارت بر وضعیت سلامت اندازه‌گیری می‌کنند و دستگاه‌های قابل کاشت که به‌صورت محلی دارو‌های ضدسرطانی را به تومور بیمار می‌رسانند، از کاربرد‌های بعدی میکروسیالات در پزشکی هستند.

محققان در حال توسعه سیستم‌های میکروسیالی پیچیده و جذاب به نام اندام روی تراشه هستند که هدف آن، شبیه‌سازی جنبه‌های مختلف فیزیولوژی انسان است. در آزمایشگاه‌های سراسر جهان، تیم‌ها در حال توسعه پلتفورم‌های تومور روی تراشه هستند تا دارو‌های ضدسرطان را با کارآیی بیشتری آزمایش کنند.

این ابزار‌ها دانشمندان را قادر می‌سازد تا روش‌های درمانی جدید را به‌گونه‌ای آزمایش کنند که هزینه، درد و رنج و مسائل اخلاقی مرتبط با آزمایش روی حیوانات یا انسان را در پی نداشته باشد.

تصور کنید که نزد پزشک بروید، بیوپسی کنید و در کمتر از یک هفته با استفاده از دستگاه میکروسیالی، پزشک بتواند بفهمد کدام دارویی برای از بین بردن تومور شما بهتر عمل می‌کند. این کاربرد هنوز عملی نیست، اما آنچه ما می‌دانیم این است که آینده از آن حوزه میکروسیالی خواهد بود.