Τα τελευταία δύο δεκαετίες, οι συσκευές μικρορευστικής που χρησιμοποιούν τεχνολογία για την παραγωγή σταγονιδίων μεγέθους μικροσκοπικού επιπέδου έχουν γίνει αναπόσπαστα σημαντικές για διάφορες εφαρμογές. Αυτές οι εφαρμογές περιλαμβάνουν χημικές αντιδράσεις, ανάλυση βιομοριακών ουσιών, χημεία μαλακού υλικού και παραγωγή λεπτομερών υλικών.
Επιπλέον, η μικρορευστική με σταγονίδια έχει δώσει τη δυνατότητα για νέες εφαρμογές που δεν ήταν εφικτές με τις παραδοσιακές μεθόδους. Μπορεί να διαμορφώσει το μέγεθος των σωματιδίων και να επηρεάσει τη μορφολογία και την ανισοτροπία τους. Ωστόσο, ο παραδοσιακός τρόπος παραγωγής σταγονιδίων σε ένα μονοκαναλικό σύστημα μικρορευστικής συχνά είναι αργός, περιορίζοντας την παραγωγή.
Σε μια πρόσφατη μελέτη που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Lab on a Chip στις 21 Ιανουαρίου 2024, υπό την επίβλεψη του Αναπληρωτή Καθηγητή Μασούμι Γιαμάντα από το Τμήμα Εφαρμοσμένης Χημείας και Βιοτεχνολογίας του Πανεπιστημίου Τσίμπα, οι ερευνητές παρουσίασαν ένα μικρορευστικό σύστημα που χρησιμοποιεί πόρωση σε “αντίστροφους διαμορφωμένους κολοιδικούς κρυστάλλους” (ICC) για να βελτιώσει σημαντικά την αποδοτικότητα της παραγωγής μικροσταγονιδίων.
“Αναγνωρίσαμε ότι η υψηλή αποδοτικότητα δημιουργίας σταγονιδίων μπορεί να είναι δυνατή χρησιμοποιώντας πλήθος μικρών πόρων που δημιουργούνται στην επιφάνεια των κολοιδικών κρυστάλλων ICC ως ακροφυσίας δημιουργίας σταγονιδίων. Ωστόσο, γνωρίζουμε ότι δεν έχουν πραγματοποιηθεί μελέτες για την ολοκλήρωση των δομών αντίστροφων κολοιδικών κρυστάλλων σε μικροκανάλια μικρορευστικής και την εφαρμογή τους για την εξαιρετικά αποδοτική δημιουργία σταγονιδίων”, τόνισε ο Δρ. Γιαμάντα.
Στη μελέτη, οι πόροι των αντίστροφων κολοιδικών κρυστάλλων ενσωματώθηκαν σε επίπεδα μικροκανάλια που λειτουργούσαν ως μικρές ακροφυσίες, παράγοντας σταγονίδια περίπου 1000 φορές πιο γρήγορα από τις παραδοσιακές συσκευές μικρορευστικής. Το μέγεθος των σταγονιδίων μπορεί επίσης να αλλάξει ρυθμίζοντας τη ροή του υγρού, τα χαρακτηριστικά τους και το μέγεθος των μικρών ανοιγμάτων.
Επιπλέον, αυτή η μέθοδος επιτρέπει την παραγωγή ατομικών μικροσκοπικού μεγέθους μικροσταγονιδίων από φυσικά βιοπολυμερή, όπως πολυσακχαρίτες και πρωτεΐνες. Αυτή η προσέγγιση ενισχύει το υπάρχον κατανόηση για τη μικρορευστική με σταγονίδια, αυξάνοντας την ταχύτητα δημιουργίας σταγονιδίων και απλοποιώντας τη διαδικασία της δημιουργίας και της χειρισμού τους.
Με τη βελτιωμένη αποδοτικότητα και έλεγχο της δημιουργίας σταγονιδίων, αυτή η νέα μέθοδος έχει τη δυνατότητα ευρείας εφαρμογής σε διάφορους τομείς και κατηγορίες προϊόντων. Αυτό περιλαμβάνει την ιατρική, την τροφή, την καλλυντική, τα ειδικά μελάνια και χρώματα, τον πίνακα διαχωρισμού για βιοανάλυση και τη δημιουργία λειτουργικών σωματιδίων για εφαρμογές εμφάνισης και ημιαγωγών.
“Μικροσταγονίδια, μικροσκοπικά σωματίδια βιοπολυμερών και κυϊνών που παράγονται από αυτά ως στηρίγματα χρησιμοποιούνται ευρέως σε ιατρικές εφαρμογές, όπως η ανάπτυξη φαρμάκων και η αναγέννηση των ιστών”, φαντάζεται ο Δρ. Γιαμάντα.
Για να συνοψίσουμε, οι ερευνητές έχουν αναπτύξει μια μέθοδο για τη γρήγορη παραγωγή σταγονιδίων με μικρορευστικές συσκευές με εξαιρετικά υψηλή ταχύτητα, ενοποιώντας τρισδιάστατες δομές αντίστροφων κολοιδικών κρυστάλλων με παραδοσιακά επίπεδα μικροκανάλια. Η εφαρμογή αυτής της τεχνικής στην παραγωγή υλικών με διάφορες εφαρμογές θα συμβάλει στην ανάπτυξη τεχνολογιών που βελτιώνουν την ποιότητα ζωής και τη συνολική ευημερία.
Περισσότερες πληροφορίες:
Shota Mashiyama et al, Pushing the limits of microfluidic droplet production efficiency: engineering microchannels with seamlessly implemented 3D inverse colloidal crystals, Lab on a Chip (2023). DOI: 10.1039/D3LC00913K
Συχνές Ερωτήσεις (FAQ) βασισμένες στα κύρια θέματα και πληροφορίες που παρουσιάζονται στο άρθρο:
1. Ποιες είναι οι εφαρμογές των μικρορευστικών συσκευών που βασίζονται στην τεχνολογία παραγωγής μικροσταγονιδίων;
Οι μικρορευστικές συσκευές έχουν διάφορες εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένων χημικών αντιδράσεων, αναλύσεων βιομορίων, χημείας μαλακού υλικού και παραγωγής λεπτομερών υλικών.
2. Πώς διαφέρει η μικρορευστική με σταγονίδια από τις παραδοσιακές μεθόδους παραγωγής σταγονιδίων;
Η μικρορευστική με σταγονίδια επιτρέπει τη διαμόρφωση του μεγέθους, της μορφολογίας και της ανισοτροπίας των σωματιδίων, πράγμα που είναι δύσκολο στις παραδοσιακές μεθόδους παραγωγής σταγονιδίων. Ωστόσο, οι παραδοσιακές μικρορευστικές συσκευές μπορεί να είναι αργές στην παραγωγή.
3. Πώς βελτίωσαν οι ερευνητές την αποδοτικότητα της παραγωγής μικροσταγονιδίων στην μελέτη τους;
Οι ερευνητές ενσωμάτωσαν πόρους “αντίστροφων κολοιδικών κρυστάλλων” (ICC) με επίπεδα μικροκαναλίων που λειτουργούσαν ως μικρές ακροφυσίες. Ως αποτέλεσμα, τα σταγονίδια παράχθηκαν περίπου 1000 φορές πιο γρήγορα από τις παραδοσιακές μικρορευστικές συσκευές.
4. Ποιο ρόλο παίζουν οι δομές ICC στη δημιουργία μικροσταγονιδίων;
Οι δομές ICC λειτουργούν ως ακροφυσίες δημιουργίας σταγονιδίων μέσω πλήθους μικρών πόρων στην επιφάνειά τους. Η ολοκλήρωση αυτών των δομών με τα μικροκανάλια επέτρεψε τη γρήγορη και αποδοτική παραγωγή μικροσταγονιδίων.
5. Σε ποιους τομείς και κατηγορίες προϊόντων μπορεί να εφαρμοστεί αυτή η νέα μέθοδος;
Αυτή η νέα μέθοδος έχει τη δυνατότητα ευρείας εφαρμογής στην ιατρική, την τροφή, την καλλυντική, τα ειδικά μελάνια και χρώματα, τη δημιουργία πινάκων διαχωρισμού για βιοανάλυση και την παραγωγή λειτουργικών σωματιδίων για εφαρμογές εμφάνισης και ημιαγωγών.
Ορισμοί κλειδιών όρων και ειδικού όρου:
– Μικρορευστική: ένα πεδίο επιστήμης που ασχολείται με τη χειραγώγηση και έλεγχο των ρευστών σε μικροκλίμακα.
– Μικροσταγονίδια: σταγονίδια με μέγεθος μικροσκοπικού επιπέδου.
– Αντίστροφος κολοιδικός κρύσταλλος (ICC): μια δομή με έναν τακτοποιημένο σχηματισμό μικροσκοπικών σωματιδίων.
Προτεινόμενοι σχετικοί σύνδεσμοι:
– Πανεπιστήμιο Τσίμπα
– Lab on a Chip
The source of the article is from the blog cheap-sound.com