En mikrofluid bioreaktorer består av två kammare separerade med ett nanoporöst kiselmembran. Det möjliggör flödesbaserade analyser med minimala mängder reagens. Det ultratunna kiselmembranet ger en utmärkt efterlikning av biologiska barriäregenskaper. OBS:Den här bilden kombinerar två exponeringar för att fånga de ljusare och mörkare delarna av scenen, som överskrider kamerasensorns dynamiska omfång. Den resulterande sammansättningen är sannare till vad ögat faktiskt ser. Upphovsman:Adam Fenster/University of Rochester.
Möjligheten att krympa laboratorieprocesser till automatiserade chipstor system skulle revolutionera bioteknik och medicin. Till exempel, billiga och mycket bärbara enheter som bearbetar blodprov för att upptäcka biologiska agenter som mjältbrand behövs av den amerikanska militären och för insatser för inrikes säkerhet. En av utmaningarna med "lab-on-a-chip" -teknologi är behovet av miniatyriserade pumpar för att flytta lösningar genom mikrokanaler. Elektroosmotiska pumpar (EOP), enheter där vätskor tycks magiskt röra sig genom porösa medier i närvaro av ett elektriskt fält, är idealiska eftersom de lätt kan miniatyriseras. EOPs dock kräver skrymmande, externa strömkällor, som besegrar begreppet bärbarhet. Men ett supertunt kiselmembran som utvecklats vid University of Rochester kan nu göra det möjligt att drastiskt krympa strömkällan, banar väg för diagnostiska enheter på ett kreditkorts storlek.
"Ända tills nu, elektroosmotiska pumpar har fått arbeta med en mycket hög spänning - cirka 10 kilovolt, "sa James McGrath, docent i biomedicinsk teknik. "Vår enhet fungerar i intervallet en fjärdedel av en volt, vilket innebär att den kan integreras i enheter och drivas med små batterier. "
McGraths forskningsartikel publiceras i veckan av tidskriften Förfaranden från National Academy of Sciences .
McGrath och hans team använder porösa nanokristallina kisel (pnc-Si) -membran som är mikroskopiskt tunna-det tar mer än tusen staplade ovanpå varandra för att vara lika bred som ett människohår. Och det är det som tillåter ett lågspänningssystem.
Ett poröst membran måste placeras mellan två elektroder för att skapa det som kallas elektroosmotiskt flöde, som uppstår när ett elektriskt fält interagerar med joner på en laddad yta, får vätskor att röra sig genom kanaler. Membranen som tidigare använts i EOP har resulterat i ett betydande spänningsfall mellan elektroderna, tvingar ingenjörer att börja med skrymmande, högspänningskällor. De tunna pnc Si -membranen gör att elektroderna kan placeras mycket närmare varandra, skapa ett mycket starkare elektriskt fält med ett mycket mindre spänningsfall. Som ett resultat, en mindre strömkälla behövs.
"Ända tills nu, inte allt som förknippas med miniatyrpumpar var miniatyriserat, "sa McGrath." Vår enhet öppnar dörren för ett enormt antal applikationer. "
Tillsammans med medicinska tillämpningar, det har föreslagits att EOP:er kan användas för att kyla elektroniska enheter. När elektroniska enheter blir mindre, komponenter packas tätare, vilket gör det lättare för enheterna att överhettas. Med miniatyrenheter, det kan vara möjligt att använda EOP:er för att kyla bärbara datorer och andra bärbara elektroniska enheter.
McGrath sa att det finns en annan fördel med kiselmembranen. "På grund av skalbara tillverkningsmetoder, de nanokristallina kiselmembranen är billiga att göra och kan enkelt integreras på kisel- eller kiseldioxidbaserade mikrofluidflis. "
