$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Mikroakışkanlar, mikrolitrelerden (1 x 10-6 L) pikolitreye (1 x 10-12 L) kadar değişen hacimlerle küçük ölçeklerde sıvı kontrolü sağlar. Bu kontrol kısmen mikroişlemciendüstrisindenödünç alınan mikrofabrikasyon tekniklerinin uygulanması ile mümkün olmuştur. Kanalların ve odaların mikro boyutlu ağlarının kullanılması, kullanıcının küçük boyutların karakteristik belirgin fiziksel olaylarından yararlanmasını sağlar. Örneğin, mikrometre ölçeğinde, sıvılar, viskoz kuvvetlerin atalet kuvvetlerine hakim olduğu laminar akış kullanılarak manipüle edilebilir. Sonuç olarak, diffüzif taşıma mikroakışkanların belirgin özelliği haline gelir ve nicel ve deneysel olarak incelenebilir. Bu sistemler düzgün Fick yasaları, Brownhareket teorisi, ısı denklemi ve / veya navier-Stokes denklemleri, hangi akışkanlar mekaniği ve ulaşım olayları2alanlarında önemli türevleri kullanılarak anlaşılabilir .
Biyolojik bilimlerdeki birçok grup mikroskobik düzeyde karmaşık sistemleri incelediği için, başlangıçta mikroakışkan cihazların biyoloji2,3'tekiaraştırma uygulamaları üzerinde ani ve önemli bir etkisi olacağı düşünüldü. Bunun nedeni, küçük moleküllerin membranlar arasında veya bir hücre içinde taşınmasında baskın olan difüzyondur ve hücre ve mikroorganizmaların boyutları milimetre-altı sistemler ve cihazlar için ideal bir uyum sağlar. Bu nedenle, hücresel ve moleküler deneylerin yapılma biçimini geliştirmek için önemli bir potansiyel vardı. Ancak, biyologlar tarafından mikroakışkan teknolojilerin geniş benimsenmesi beklentilerin gerisinde kalmıştır4. Teknoloji transferinin olmamasının basit bir nedeni, mühendisleri ve biyologları birbirinden ayıran disiplin sınırları olabilir. Özel cihaz tasarımı ve imalatı, çoğu biyolojik araştırma grubundaki yeteneklerin hemen dışında kalarak onları dış uzmanlık ve tesislere bağımlı hale getirmektedir. Potansiyel uygulamalar, maliyet ve tasarım yineleme için gerekli zaman aşinalık eksikliği de yeni benimseyenler için önemli engellerdir. Bu engellerin yeniliği bozan ve biyolojik bilimlerdeki zorlukları ele almak için mikroakışkanların yaygın olarak uygulanmasını önleme etkisi ne kadar büyük tür.
Bir örnek: 1990'ların sonundan beri yumuşak fotolitografi mikroakışkan cihazların üretimi için tercih edilen yöntem olmuştur. PDMS (polidimethylsiloxane, silikon bazlı organik polimer) şeffaflık, deforme edilebilirlik ve biyouyumluluk 5 gibi fizikselözellikleri nedeniyle yaygın olarak kullanılan bir malzemedir. Bu teknik, bu platformda sürekli olarak geliştirilen lab-on-a-chip ve organ-on-a-chip cihazları ile büyük bir başarı elde etti6. Ancak bu teknolojiler üzerinde çalışan grupların çoğu mühendislik bölümlerinde bulunur veya onlarla güçlü bağları vardır4. Litografi genellikle kalıp ve özel yapıştırma ekipmanları imalatı için temiz odalar gerektirir. Birçok grup için bu, standart PDMS aygıtlarını, özellikle tekrarlanan tasarım değişiklikleri yapma ihtiyacı olduğunda, sermaye maliyetleri ve müşteri adayı zamanı nedeniyle idealden daha az hale getirir. Ayrıca, teknoloji çoğunlukla ortalama biyolog ve özel mühendislik laboratuvarları erişimi olmayan öğrenciler için erişilemez. Mikroakışkan cihazların yaygın olarak benimsenmesi için biyologlar tarafından yaygın olarak kullanılan malzemelerin bazı özelliklerini taklit etmeleri gerektiği ileri sürülmektedir. Örneğin, hücre kültürü ve biyoassays için kullanılan polistiren ucuz, tek kullanımlık ve seri üretim için münasip. Buna karşılık, PDMS tabanlı mikroakışkanların endüstriyel imalatı mekanik yumuşaklığı, yüzey işleme kararsızlığı ve gaz geçirgenliği nedeniyle hiçbir zaman gerçekleştirilmemiştir5. Bu sınırlamalar nedeniyle ve "şirket içinde" inşa edilmiş özelleştirilmiş cihazlar kullanarak teknik zorlukları çözme amacı ile, xurography7,8,9 protokolleri ve termal laminasyon kullanan alternatif bir yöntem açıklar. Bu yöntem az sermaye ve zaman yatırımı ile benimsenebilir.
PETLs polietilen tereftalat kullanılarak imal edilir (PET) film, termoadhesif etilen-vinil asetat ile kaplı (EVA). Her iki malzeme de tüketici ürünlerinde yaygın olarak kullanılır, biyouyumludur ve minimum maliyetle10'ahazırdır. PET/EVA filmi lamine poşet veya rulo şeklinde elde edilebilir. Genellikle hobisi veya zanaat mağazalarında bulunan bir bilgisayar kontrollü zanaat kesici kullanarak, kanallar cihazın mimarisi tanımlamak için tek bir film sayfası kesilir11. Kanallar daha sonra bir (ofis) termal laminatör(Şekil 1A)kullanılarak bağlanmış ek film (veya cam) katmanları uygulanarak mühürlenir. Kanallara erişimi kolaylaştırmak için delikli, kendinden yapışkanlı vinil tamponlar eklenir. Üretim süreleri 5 ila 15 dakika arasında değişir, bu da hızlı tasarım yinelemesine olanak tanır. PETL'lerin üretimi için kullanılan tüm ekipman ve malzemeler ticari olarak erişilebilir ve uygun fiyatlıdır (<350 USD başlangıç maliyeti, litografi için binlerce USD ile karşılaştırıldığında). Bu nedenle, PETLs konvansiyonel mikroakışkanlar tarafından ortaya çıkan iki ana sorunlara yeni bir çözüm sağlar: uygun fiyat ve zaman etkinliği (Ek Tablolar 1, 2PDMS / PETL karşılaştırma bakınız).
Araştırmacılara kendi cihazlarını tasarlama ve imal etme fırsatı sunmanın yanı sıra, PETL'ler kullanımı basit ve sezgisel oldukları için sınıfta kolayca benimsenebilir. PETLs lise ve üniversite müfredat8dahil edilebilir , öğrencilerin daha iyi fiziksel anlamalarına yardımcı olmak için kullanılan nerede, kimyasal ve biyolojik kavramları, difüzyon gibi, laminar akış, mikromiksleme, nanopartikül sentezi, degrade oluşumu ve kemotaksis.
Bu çalışmada, farklı karmaşıklık düzeylerine sahip model PETLs yongalarının imalatı için genel iş akışını gösteriyoruz. İlk cihaz küçük bir odada hücre ve mikro organların görüntülenmesi kolaylaştırmak için kullanılır. İkinci, daha karmaşık cihaz birkaç katman ve malzemeden oluşur ve mekanobiyoloji9araştırma için kullanılır. Son olarak, eğitim amaçlı çeşitli akışkandinamiği kavramları (hidrodinamik odaklama, laminar akış, diffusive transport ve micromixing) görüntüleyen bir cihaz inşa ettik. Burada sunulan iş akışı ve cihaz tasarımları, hem araştırma hem de sınıf ortamlarında çok çeşitli amaçlariçin kolayca uyarlanabilir.