Language
Country/Area
No result found
Технология, скрытая в бумаге: как использовать капиллярное действие для управления потоком жидкости?
С развитием технологий мы всегда ищем более простые, недорогие и портативные диагностические инструменты. В последние годы развитие микрофлюидной технологии на основе бумаги является одним из ответов на эту потребность. Эта технология основана на традиционном тестировании бокового потока и совершает революцию в медицинской диагностике, используя капиллярное действие, позволяющее жидкостям течь по специально разработанным каналам в пористой бумажной подложке.
Микрофлюидные устройства на бумажной основе состоят из ряда гидрофильных волокон, по которым жидкости транспортируются и, таким образом, контролируются пассивным образом.
Структура бумажной микрофлюидики
Архитектура бумажного микрофлюидного устройства в основном включает в себя входное отверстие, канал, усилитель потока, сопротивление потоку, препятствия и выходное отверстие. Эти элементы работают вместе, обеспечивая эффективное течение жидкости внутри устройства. Начальное входное отверстие представляет собой субстрат (обычно целлюлозу), а каналы состоят из гидрофильной субмиллиметровой сети, направляющей поток жидкости.
Принцип потока и управление
На движение жидкостей в пористых средах, таких как бумага, влияют проницаемость, геометрия и эффекты испарения. Капиллярное действие играет ключевую роль в этом процессе. Жидкость течет автоматически за счет капиллярного действия без воздействия внешнего давления. По сути, бумага становится средой для транспортировки жидкостей, и благодаря точной конструкции можно добиться стабильного потока жидкостей.
Капиллярный поток в период смачивания можно аппроксимировать уравнением Уошберна, а последующий поток является ламинарным.
Изучение методов производства
Существуют различные методы изготовления микрофлюидных устройств на основе бумаги, включая восковую печать, струйную печать, фотолитографию и т. д. Каждый из этих методов имеет свои преимущества и недостатки: от недорогого и быстрого изготовления восковых отпечатков до высокоточного проектирования фотолитографии, каждый из которых направлен на создание подходящих каналов для потока жидкости. Например, в восковой печати используется термоплавкий воск для создания каналов на бумаге, что можно сделать быстро и экономично, хотя и с более низким разрешением.
Расширение сфер применения
Применение бумажной микрофлюидной технологии не ограничивается медицинской диагностикой, но также распространяется на такие области, как экологические испытания и безопасность пищевых продуктов. Благодаря своей компактности и легкости эти устройства особенно подходят для использования в средах с ограниченными ресурсами. Более того, эти бумажные устройства обычно стоят дешевле, чем традиционные микрофлюидные технологии, что делает их гораздо более доступными во всем мире.
Однако при таком большом количестве преимуществ вопрос о том, как еще больше повысить точность и надежность этой технологии в различных приложениях, остается нерешенной проблемой.
Изменения в диагностике
В диагностических приложениях микрофлюидные устройства на бумажной основе предназначены для создания недорогих и удобных в использовании устройств «точка-точка», которыми можно управлять без помощи специализированного персонала. Это не только соответствует стандартам спроса, предложенным Всемирной организацией здравоохранения, но также помогает повысить эффективность диагностики в бедных ресурсами или отдаленных районах. Тем не менее, это устройство по-прежнему сталкивается с двумя основными проблемами: одна — принятие пользователем, а другая — упрощение процесса эксплуатации.
Заключение
Хотя потенциал бумажной микрофлюидной технологии, несомненно, огромен, ее применение и популяризация по-прежнему зависят от постоянных технологических инноваций и улучшения пользовательского опыта. Как будущие разработки изменят способ проведения медицинской диагностики в нашей повседневной жизни?
