علی بوالحسنی، ورودی ۹۸ مهندسی مکانیک
مقدمه:
بررسی آزمایشگاه میکرو نانو سیستم:
ابتدا مقدمه‌ای بر میکرو نانو سیستم گفته می‌شود و قسمتی برای Lab on chip. هدف این ارائه این است که دیدگاهی به شما دوستان عزیزی که در مقطع کارشناسی هستید بدهد و کمک کند که هدف آینده‌تان برای مسیر آکادمیک را، چه در مقطع ارشد، چه در مقطع دکترا و چه در صنعت و بعد از آن، انتخاب کنید. این ارائه، به‌صورت خلاصه، کمک می‌کند که با مبحث میکرو نانو و میکرو نانوسیستم‌ها و آزمایشگاه بر روی تراشه آشنا شوید.
این مطالب در چند سرتیتر می گنجد که به این صورت است:
1- نگاه کلی به میکرو نانو سیستم‌ها و اپلیکیشن‌هایی که در صنعت کاربرد دارند
2- پلتفرم‌های Lab on chip و بازارهای این زمینه را بررسی کنیم
3- پلتفرم‌هایی که تا الان به آن دست پیدا کرده‌ایم و کاربردهای آن‌ها
4- فرصت‌هایی که برای بچه‌هایی که جدیداً می‌خواهند وارد این حوزه شوند، وجود دارد (میکرو نانو سیستم‌ها)
تعریف کلی سیستم‌های میکرو نانو :
به سیستم‌هایی MEMS (Micro Electro Mechanical System) گفته می‌شود که دو خصوصیت داشته باشند:
1- خیلی کوچک باشند.
2- باید تلفیقی از سیستم‌های مکانیکی و الکتریکی باشند.
ارتباط آن با Lab on chip و میکرو نانو: دارای دو خصوصیت مشترک هستند،
یکی ریز سیالات و دیگری ساختار مکانیکی
بازه‌ی تعیین‌کننده‌ی MEMS از صد نانومتر تا صد میکرومتر (یک میلی‌متر) است که اگر بخواهیم به‌طور ملموس بگوییم، اندازه‌ی یک تار مو است که با چشم مسلح به‌سختی قابل‌دیدن است.
تقسیم بندی MEMS:
به چهار دسته‌ی کلی آن را تقسیم می‌کند که عبارت است از:
1- Micro actuator: که قسمت قلب سیستم می‌باشد و کار احیاکننده را انجام می‌دهد و عملکرد سیستم به این قسمت وابسته است.
2- Micro sensor: معمولاً سیستم‌ها یک سری نقش‌ها دارند که به آن‌ها سنسور می‌گوییم؛ مثلاً سنسورهای تنظیم روشنایی در گوشی همراه.
3- Micro structures: وظیفه‌ی این قسمت این است که انرژی لازم را از سنسورها گرفته و به actuator ها برساند.
4- Micro electronics
یک مثال بارز از کاربرد MEMS ها، دستگاه قند خون است که به این صورت کار می‌کند که یک کانال بسیار کوچک وجود دارد که خون را در آن جریان می‌دهند و دارای میکروسنسورهایی است و همچنینMicro electronic که نقش آزادکردن سه الکترونی گلوکز را دارند.
از مثال‌های دیگر می‌توان به سنسورهای موجود در گوشی‌های هوشمند اشاره کرد.
Lab on chip :
بر اساس تقسیم‌بندی کلمات داریم:
1- Lab: جایی که آزمایش‌های علمی انجام می‌گیرد و محل نگهداری نمونه‌های مهم آزمایشگاهی است.
2- Chip: تراشه‌ی مدار به‌صورت پرینت‌شده هستند که بر پایه‌ی سیلیکون باشند. این تراشه‌ها از ابعاد خیلی بزرگ تا ابعاد خیلی کوچک وجود دارند.
تعریف کلی: به این معنی که چند عملگری را که داخل آزمایشگاه در حال استفاده هستند، به صورت چیپ یا تراشه در بیاوریم تا تمام کارهایی که در آزمایشگاه انجام می‌گیرد را ساده‌تر انجام دهیم.
مزایای استفاده از Lab on chip:
1- مواد و متریال کمتر و اجزای بیشتر
2- فضای کمتری را اشغال می‌کند
3- وزن کمتر
4- قابلیت بازیافت‌شدن
5- هزینه‌ی ساخت کمتر
6- انرژی کمتر برای مصرف
7- هزینه‌ی کمتر chemicals
مزایا از لحاظ تئوری: وقتی سیستم‌ها کوچک هستند، تغییرات در آن‌ها بسیار سریع است و ما می‌توانیم از ریزبودن آن‌ها استفاده کنیم و بازدهی را افزایش دهیم، که می‌توان به یکی از آن‌ها که انتقال حرارت سریع است، اشاره کرد.
یکی‌دیگر از مزایا، کم‌شدن نیروی جسمی نسبت به نیروهای سطحی است که به‌شدت کاهش پیدا می‌کنند.
بازار استفاده ازLab on chip به‌صورت تیتروار به شرح زیر است:
1- Large scale integration (LSI)
2- EWOD
3- Centrifugal
4- Paper fluidics
موارد استفاده از پلتفرم‌ها در آزمایشگاه:
1- Nano micro pores for Cell/DNA sensing: سوراخ‌های بسیار ریز، خیلی استفاده‌های متنوعی دارند. یکی از این استفاده‌ها، زیست‌حسگری است که به آنsers می‌گویند، که با استفاده از آن به سلول‌ها یا حتی DNAدسترسی پیدا کرده و آن را توان‌یابی می‌کنند. نحوه‌ی عملکرد این سامانه، براساس سنجش پالس مقاومتی است.
2- Exosome extraction with centrifugal platform: با استفاده از این وسیله می‌توان exosome ها را از خون جدا کرد. این وسیله، از گلبول‌های قرمز کوچک‌تر و از پروتئین‌ها بزرگ‌تر است که می‌تواند اطلاعات بسیار مفیدی در حوزه‌های گوناگون به ما بدهد.
3- active sperm extraction : در نمونه‌ی انسانی اسپرم، ناخالصی‌های فراوانی وجود دارد، از جمله گلبول‌های قرمز و پلاسما و ... . هدف، جداسازی این ناخالصی‌ها و به دست آوردن اسپرم خالص می‌باشد که معمولاً در بارداری‌های مصنوعی در محیط آزمایشگاهی استفاده می‌شود.
4- Xurography: می‌تواند در کشیدن و ساختن شکل‌های گوناگون، مورد استفاده قرار گیرد.
فرصت‌های آینده‌ی میکرو نانو سیستم‌ها:
1- در حوزه‌ی میکرو نانو تشخیص DNA
2- Lab on chip در حوزه‌ی تست‌های دیجیتالی کرونا
3- EWOD
