مقالات
میکروفلوئیدیک چیست؟
میکروفلوئیدیک چیست؟
میکروفلوئیدیک شاخهای از علم و مهندسی است که جریان و کنترل سیالات در مقیاس میکرونی (معمولاً کانالهایی با عرض و عمق بین چند میکرومتر تا چند میلیمتر) را مطالعه و بهکار میگیرد. میکروفلوئیدیک ترکیبی است از اصول هیدرودینامیک، علوم مواد، میکروساخت و شیمی آنالیتیک که امکان انجام آزمایشهای پیچیده با حجمهای خیلی کم مایع، کنترل دقیق شرایط و اتوماسیون بالا را فراهم میکند. در حال حاضر میکروفلوئیدیک در حوزههای تشخیصی پزشکی، پژوهشهای زیستی، شیمی تجزیه، و توسعه دارو بهسرعت جایگاه خود را پیدا کرده است.
میکروفلوئیدیک مزایای زیادی برای آزمایشگاهها و مراکز تشخیصی دارد: مصرف بسیار کم نمونه و معرفها، زمان تحلیل کوتاهتر، امکان ادغام چند فرایند در یک چیپ (lab-on-a-chip)، قابلیت انجام آزمایشهای موازی (high-throughput)، و افزایش حساسیت و دقت اندازهگیری. این ویژگیها سبب شدهاند که میکروفلوئیدیک بهعنوان یک فناوری تحولآفرین در تشخیص سریع بیماریها، تستهای Point-of-Care و پژوهشهای سلولی شناخته شود.
انواع میکروفلوئیدیک
میکروفلوئیدیک را میتوان بر اساس کاربرد و طراحی به چند دستهٔ کلیدی تقسیم کرد: چیپهای تشخیصی (diagnostic chips) برای تشخیص مولکولی و ایمونولوژیک، دستگاههای جداسازی سلول و جداسازی ذرات، میکروفلوئیدیک برای کشت سلولی و محیطهای سهبعدی (microphysiological systems)، سیستمهای میکسینگ سریع و رآکتورهای میکرو، و سیستمهای آنالیتیک برای جداسازی و آشکارسازی آنالیتها، هر کدام از این انواع در انتخاب تجهیزات آزمایشگاهی، حساسیت، حجم نمونه و قیمت تأثیرگذار است.
میکروفلوئیدیک پزشکی
یکی از جذابترین حوزههای کاربرد میکروفلوئیدیک آزمایشگاهی، پزشکی است. در این بخش، از چیپهای میکروفلوئیدی برای تشخیص سریع بیماریها، بررسی عملکرد دارو روی سلولها و حتی توسعه واکسنها استفاده میشود. به کمک این فناوری میتوان آزمایشهای پیچیدهای را که قبلاً نیازمند تجهیزات بزرگ و پرهزینه بودند، در یک چیپ کوچک انجام داد.
در پزشکی، میکروفلوئیدیک کاربردهای فراوانی دارد: توسعه کیتهای تشخیصی سریع برای بیماریهایی مثل کرونا، آنفلوآنزا، عفونتهای میکروبی و پارازیتی؛ تشخیص سرطان از طریق آنالیز سیارات خون یا ایزوپتها؛ اجرای آزمایش های مولکولی مانند PCR و RT-PCR روی چیپ؛ و ساخت مدلهای میکروارگانی (organ-on-a-chip) برای مطالعه پاسخ دارویی و سمشناسی. مزیت اصلی این سیستمها ارائه پاسخ سریع در مرکز مراقبت سلامت، کاهش هزینهٔ هر تست و نیاز به نمونهٔ کمتر است که در شرایط بالینی بسیار حیاتی است.
میکروفلوئیدیک سرطان
فناوری میکروفلوئیدیک سرطان یکی از پیشرفتهترین روشهای نوین در علوم زیستی و پزشکی است که با استفاده از کانالهای میکروسکوپی، امکان بررسی دقیق سلولهای سرطانی را فراهم میکند. این روش به دلیل دقت بالا، سرعت تحلیل و نیاز به نمونههای کوچک خون یا بافت، جایگزینی مؤثر برای تکنیکهای کلاسیک آزمایشگاهی محسوب میشود. امروزه محققان از میکروفلوئیدیک برای تشخیص زودهنگام سرطان، جداسازی سلولهای توموری در گردش خون (CTCs) و حتی ارزیابی اثربخشی داروهای ضد سرطان استفاده میکنند.
یکی از مهمترین مزایای میکروفلوئیدیک در حوزه سرطان، امکان شناسایی تغییرات مولکولی و ژنتیکی در سطح تکسلول است. این ویژگی کمک میکند تا پزشکان بتوانند نوع سرطان، میزان پیشرفت بیماری و پاسخ احتمالی به درمان را سریعتر و دقیقتر مشخص کنند. همچنین، به دلیل کاهش هزینهها و زمان آزمایش، این فناوری در حال تبدیل شدن به یکی از ابزارهای کلیدی در آزمایشگاه سرطان شناسی است.
کاربردهای میکروفلوئیدیک در درمان سرطان تنها به تشخیص محدود نمیشود، بلکه در توسعه داروهای شخصیسازیشده نیز نقشی اساسی دارد. به کمک این تکنیک میتوان واکنش سلولهای سرطانی بیمار را در شرایط آزمایشگاهی شبیهسازی کرد و بهترین دارو یا ترکیب دارویی را برای هر فرد انتخاب نمود. این موضوع آیندهای روشن برای درمانهای هدفمند و کاهش عوارض جانبی داروهای شیمیدرمانی ترسیم میکند.
خرید تجهیزات میکروفلوئیدیک برای تحقیقات سرطان
استفاده از تجهیزات پیشرفته مانند چیپ میکروفلوئیدیک آزمایشگاهی، سیستمهای کنترل مایعات و دستگاههای تصویربرداری دقیق، به محققان کمک میکند تا با هزینه کمتر و سرعت بیشتر به نتایج قابل اعتماد برسند. امروزه بسیاری از شرکتها و مراکز تحقیقاتی به دنبال خرید دستگاه میکروفلوئیدیک سرطان هستند تا روند تحقیقات خود را در حوزه درمانهای نوین و داروهای شخصیسازیشده بهبود دهند.
آزمایش میکروفلوئیدیک در آزمایشگاه
آزمایشهای میکروفلوئیدیک در آزمایشگاه شامل فرآیندهای نمونهبرداری، آمادهسازی، جداسازی، واکنش (مثل واکنشهای آنزیمی یا PCR)، و آشکارسازی است. در یک چیپ تشخیصی نمونهٔ خون یا بزاق ممکن است ابتدا فیلتر شود، سپس سلولها یا مولکول هدف از طریق جداسازی بر اساس اندازه یا چگالی جدا شوند، در ادامه واکنش تشخیصی انجام و نهایتاً سیگنال نوری، الکتروشیمیایی یا الکتریکی ثبت شود. برای راهاندازی این فرایندها به تجهیزات جانبی مثل پمپهای میکروفلوئیدی، شیرهای میکرو، منابع نوری و آشکارسازهای حساس نیاز است.
اهمیت میکروفلوئیدیک در آزمایشگاه
در یک آزمایشگاه مدرن، سرعت، دقت و صرفهجویی در مصرف مواد اهمیت زیادی دارد. دستگاهها و چیپهای میکروفلوئیدیک با حجم بسیار کم نمونه کار میکنند و امکان اجرای چندین مرحله آزمایش را بهصورت همزمان فراهم میسازند. این ویژگی باعث میشود هزینهها کاهش پیدا کند و نتایج با تکرارپذیری بالا بهدست آید. از این رو، میکروفلوئیدیک آزمایشگاهی بهعنوان یک ابزار کلیدی در پژوهشهای مولکولی، ژنتیک، کشت سلولی و تشخیص بیماریها شناخته میشود.
مواد و فناوریهای ساخت چیپ میکروفلوئیدی
مصالح رایج ساخت چیپ عبارتند از PDMS، شیشه، سیلیکون، و انواع پلاستیکهای ترموپلاستیک مانند PMMA و COC. هر ماده ویژگیهای متفاوتی در نفوذپذیری گاز، جذب پروتئین، شفافیت نوری و سازگاری با فرایندهای تولید انبوه دارد. انتخاب ماده بر اساس کاربرد نهایی (مثلاً اپتیکی بودن برای آشکارسازی فلورسانس یا مقاومت شیمیایی برای استفاده در واکنشهای سخت) انجام میشود.
آشکارسازی در میکروفلوئیدیک
آشکارسازی در میکروفلوئیدیک معمولاً به صورت نوری (فلورسانس، جذب)، الکتروشیمیایی، یا بر پایهٔ مقاومت/ظرفیت الکتریکی انجام میشود. آشکارسازی نوری برای تشخیصهای ایمنولوژیکی و مولکولی بسیار رایج است، چون حساسیت بالا و قابلیت چندآنالیتی (multiplexing) دارد. آشکارسازی الکتروشیمیایی برای پلتفرمهای POC مناسب است چون نیاز به اپتیک پیچیده ندارد و میتواند ارزان و قابلحمل طراحی شود.
طراحی آزمایش میکروفلوئیدی
برای طراحی آزمایش میکروفلوئیدی باید پارامترهایی مثل عدد رینولدز (Re) برای جریان آرام، نرخ جریان، زمان واکنش، شرایط سطحی کانالها و سازگاری بیوشیمیایی مواد را در نظر گرفت. کنترل دقیق دما در واکنشهای آنزیمی یا PCR ضروری است، بنابراین ادغام مبدلهای حرارتی یا طراحی مکانیکی با هدایت حرارتی مناسب اهمیت دارد. همچنین پیشبینی و کنترل حبابها، جلوگیری از جذب نمونه به دیوارهها و تضمین ثبات جریان برای قابلتکرار بودن نتایج حیاتیاند.
نمونهبرداری و آمادهسازی در میکروفلوئیدیک
در بسیاری از کاربردهای بالینی، آمادهسازی نمونه (مثل جداسازی پلاسما از خون کامل یا لیز سلولی) باید داخل چیپ صورت گیرد تا فرآیند کامل و خودکار شود. تکنیکهایی مثل فیلتراسیون فیزیکی، سانتریفیوژ مینیاتوری روی چیپ یا جداسازی مغناطیسی با ذرات مغناطیسی روی چیپ استفاده میشوند. آمادهسازی مناسب باعث افزایش حساسیت و کاهش نویز پسزمینه میشود.
میکروفلوئیدیک برای کشت و مطالعه سلولها
میکروفلوئیدیک امکان شبیهسازی محیطهای میکروسیالی و جریان پیوسته را فراهم میکند که برای مطالعه رفتار سلولی، مهاجرت، تعامل سلول-سلول و پاسخ به دارو بسیار مناسب است. سیستم organ-on-a-chip نمونههایی از این کاربردند که میتوانند جایگزین مدلهای حیوانی در برخی مطالعات شوند و اطلاعات دقیقتری از عملکرد بافت در شرایط انسانی ارائه کنند.
مقایسهٔ میکروفلوئیدیک با روشهای سنتی آزمایشگاهی
در مقایسه با دستگاههای سنتی آزمایشگاهی، میکروفلوئیدیک معمولاً: مصرف نمونه و معرف کمتر، زمان تحلیل کوتاهتر، نیاز کمتر به اپراتور ماهر، و امکان ادغام چندین مرحله در یک پلتفرم را ارائه میدهد. اما محدودیتهایی مانند هزینهٔ راهاندازی، نیاز به توسعهٔ پروتکلهای مخصوص، و مسائل مرتبط با تولید انبوه چیپ وجود دارد که باید بررسی شوند.
معیارهای انتخاب تجهیزات میکروفلوئیدی برای آزمایشگاهها
هنگام خرید تجهیزات میکروفلوئیدی باید به موارد زیر توجه کرد: نوع کاربرد (تحقیقاتی یا تشخیصی)، حجم نمونهای که قرار است پردازش شود، حساسیت مورد نیاز، امکان اتوماسیون، سازگاری با مواد آزمایشی و معرفهای شما، نیاز به پشتیبانی فنی و خدمات پس از فروش، و هزینهٔ کل مالکیت (TCO). برای مراکز تشخیصی، انطباق با استانداردهای بالینی و امکان استریلیزاسیون از اهمیت بالاتری برخوردارند.
راهاندازی میکروفلوئیدیک در آزمایشگاه
شروع یک پروژهٔ میکروفلوئیدیک در آزمایشگاه بهتر است با تعیین هدف دقیق (مثلاً توسعه کیت تشخیصی X) و انتخاب پلتفرم نمونهسازی سریع (مثل PDMS) آغاز شود. سپس پروتکلهای آمادهسازی نمونه، کنترل کیفیت، و آزمونهای حساسیت و اختصاصیت طراحی و بهصورت مرحلهای تا تولید نمونهٔ نهایی پیش برده شود. آزمایشهای اعتبارسنجی (validation) و مقایسه با روش مرجع برای پذیرش بالینی ضروریاند.
کاربردهای میکروفلوئیدیک در آزمایشگاه
میکروفلوئیدیک آزمایشگاهی طیف وسیعی از کاربردها را پوشش میدهد. برخی از مهمترین موارد عبارتند از:
تشخیص مولکولی سریع: اجرای PCR و RT-PCR روی چیپ برای تشخیص بیماریهایی مانند کرونا، آنفلوآنزا یا عفونتهای ویروسی.
کشت سلولی روی چیپ: شبیهسازی محیط بافتی و بررسی پاسخ سلولها به دارو.
ایمونواسی و الایزا میکروفلوئیدیکی: انجام تستهای ایمونولوژیک با دقت و حساسیت بالا.
جداسازی سلولها و بیومولکولها: استفاده از کانالهای میکرو برای تفکیک ذرات بر اساس اندازه یا خواص الکتریکی.
آزمایشهای شیمی تجزیه: جداسازی و تحلیل ترکیبات شیمیایی در مقیاس میکرو.
تجهیزات و دستگاههای میکروفلوئیدیک آزمایشگاهی
برای اجرای آزمایشهای میکروفلوئیدیک در آزمایشگاه، علاوه بر چیپهای میکروفلوئیدی به تجهیزات جانبی نیاز است. مهمترین آنها شامل:
- پمپهای میکروفلوئیدی برای ایجاد و کنترل جریان سیال.
- شیرهای میکروفلوئیدی برای هدایت مایعات به کانالهای مختلف.
- سیستمهای کنترل دما برای واکنشهایی مانند PCR.
- آشکارسازهای نوری و الکتروشیمیایی برای ثبت نتایج.
- نرمافزارهای تحلیلی برای پردازش دادههای بهدست آمده.
- این تجهیزات بسته به نوع کاربرد میتوانند ساده یا پیشرفته باشند.
آینده میکروفلوئیدیک در آزمایشگاه
روندهای جهانی نشان میدهد که میکروفلوئیدیک آزمایشگاهی بهسمت تجاریسازی گسترده و استفاده روزمره در مراکز تشخیصی در حال حرکت است. توسعه چیپهای ارزانقیمت و یکبارمصرف، ترکیب میکروفلوئیدیک با هوش مصنوعی و اینترنت اشیاء (IoT)، و ساخت پلتفرمهای قابل حمل، آینده این فناوری را رقم خواهند زد.
نتیجهگیری
میکروفلوئیدیک آزمایشگاهی یک فناوری تحولآفرین است که مسیر تحقیقات زیستی، پزشکی و داروسازی را تغییر داده است. آزمایشگاههایی که این فناوری را به کار میگیرند، نهتنها سرعت و دقت خود را افزایش میدهند، بلکه هزینهها را نیز کاهش میدهند. بنابراین انتخاب تجهیزات میکروفلوئیدیک برای هر آزمایشگاه مدرن یک ضرورت به شمار میرود. جهت خرید چیپ میکروفلوئیدیک و استعلام قیمت دستگاه میکروفلوئیدیک کافیست با شماره های 66381035-66381023 و یا شماره 09121340703 تماس حاصل فرمایید تا پشتیبان های مبنا ژن بصورت رایگان شما را راهنمایی کنند.
