Language
Country/Area
No result found
Phá vỡ truyền thống: Chất lỏng vi mô xác định lại quá trình phản ứng hóa học như thế nào?
Công nghệ vi lưu là một ngành khoa học tiên tiến liên quan đến nhiều lĩnh vực như phân tích phân tử, sinh học phân tử và vi điện tử. Kể từ khi xuất hiện vào đầu những năm 1980, công nghệ vi lưu đã được ứng dụng trong ngày càng nhiều lĩnh vực, từ đầu in phun và chip DNA đến các thiết bị tích hợp trong phòng thí nghiệm, tất cả đều mang lại những thay đổi mang tính cách mạng cho quá trình phản ứng hóa học. Trong thế giới vi mô này, hành vi của chất lỏng rất khác so với hiện tượng chất lỏng vĩ mô mà chúng ta hiểu, và nhiều tính chất và ứng dụng mới đang dần xuất hiện.
Hệ thống vi lưu tạo ra môi trường phản ứng mới bằng cách điều khiển thể tích chất lỏng cực nhỏ, từ microlit đến femtolit, giúp cải thiện đáng kể hiệu quả và tính nhất quán của phản ứng.
Đặc điểm của hệ thống vi lưu bao gồm thể tích nhỏ, mức tiêu thụ năng lượng thấp và hiệu ứng miền vi mô. Hệ thống vi lưu có thể thực hiện hiệu quả việc truyền chất lỏng, trộn, tách và xử lý khác. Hầu hết các ứng dụng đều dựa vào việc sử dụng lực mao dẫn để đạt được khả năng kiểm soát chất lỏng thụ động, cho phép các quá trình phản ứng được thực hiện hiệu quả trong một không gian rất nhỏ.
Hành vi và tính chất của vi lưu
Hành vi của chất lỏng ở thang đo micromet khác với hành vi của chất lỏng ở thang đo vĩ mô. Các yếu tố như sức căng bề mặt, tiêu tán năng lượng và sức cản dòng chảy trở nên quan trọng trong hệ thống vi lưu. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng trong các kênh vi lưu thông thường, dòng chảy diễn ra theo dạng tầng chứ không phải dạng hỗn loạn, do đó quá trình vận chuyển giữa các phân tử dựa nhiều vào sự khuếch tán hơn là sự trộn lẫn theo nghĩa truyền thống.
Với sự hỗ trợ của công nghệ vi lưu, các tính chất hóa học và vật lý có độ đặc hiệu cao có thể được đảm bảo hiệu quả, giúp các điều kiện phản ứng trong phản ứng một bước hoặc nhiều bước đồng đều hơn và cải thiện chất lượng sản phẩm.
Nhiều ứng dụng của hệ thống vi lưu
Phạm vi ứng dụng của công nghệ vi lưu rất rộng và có thể được chia thành nhiều lĩnh vực phụ như vi lưu mở, vi lưu dòng chảy liên tục, vi lưu giọt và vi lưu kỹ thuật số. Trong số đó, vi lưu chất mở đã dần được ứng dụng từ năm 2005. Ưu điểm của nó là có thể thu thập mẫu từ không khí sang chất lỏng và can thiệp vào dòng chất lỏng đang chảy. Thiết kế hệ thống mở của nó có thể tích hợp dòng chảy do sức căng bề mặt tạo ra, sử dụng các đặc tính của chất lỏng mao dẫn để khắc phục nhu cầu bơm truyền thống.
So với các hệ thống truyền thống, hệ thống vi lưu mở cung cấp khả năng tiếp cận tốt hơn và diện tích bề mặt khí-lỏng lớn hơn, giúp giảm khả năng hình thành bọt.
Vi chất lỏng dòng chảy liên tục, dựa trên dòng chảy ổn định của chất lỏng qua các kênh hẹp hoặc môi trường xốp, thường được sử dụng cho các ứng dụng sinh hóa được xác định rõ ràng. Ngược lại, kỹ thuật vi lưu dạng giọt tập trung vào việc xử lý các chất lỏng không trộn lẫn, cải thiện đáng kể khả năng trộn và phân loại của phản ứng, khiến nó phù hợp với các thí nghiệm có năng suất cao.
Sự trỗi dậy của vi lưu kỹ thuật số So với các hệ thống dòng chảy liên tục truyền thống, công nghệ vi lưu kỹ thuật số sử dụng cơ chế phun điện để điều khiển các giọt độc lập, thay đổi cách thức hoạt động của vi lưu và có tính linh hoạt cũng như khả năng mở rộng tốt hơn. Công nghệ này cho thấy tiềm năng to lớn trong chẩn đoán y khoa và xét nghiệm sinh học, đặc biệt là khả năng cấu hình lại mảng vi lưu động để điều chỉnh chức năng khi thực hiện xét nghiệm sinh học.Những thách thức và cơ hội trong tương lai
Mặc dù công nghệ vi lưu đã đạt được thành công đáng kể trong nhiều ứng dụng, nhưng vẫn phải đối mặt với nhiều thách thức, chẳng hạn như hạn chế về tốc độ dòng chảy và dễ bị bay hơi. Khi công nghệ này tiếp tục phát triển, tương lai sẽ đòi hỏi sự tích hợp sâu hơn của khoa học vật liệu tiên tiến hơn và các kỹ thuật chế tạo vi mô để phát triển các thiết bị vi lưu hiệu suất cao hơn.Công nghệ vi lưu không chỉ có thể cải thiện hiệu quả của các phản ứng hóa học mà còn là một lực lượng mới trong phân tích sinh hóa hiện đại và chẩn đoán bệnh lý, đồng thời có thể thay đổi các hoạt động phòng thí nghiệm truyền thống trong tương lai.
Trong quá trình nghiên cứu và phát triển, các nhà khoa học sẽ sử dụng công nghệ vi lưu như thế nào để dẫn đầu các đột phá trong phản ứng hóa học và phát hiện sinh học, thậm chí tìm ra các cơ hội đổi mới trong các lĩnh vực khoa học mới?
