Mikrokroplę wreszcie będzie można podzielić na zbiór równych nanokropel. Wszystko dzięki urządzeniu skonstruowanemu w Instytucie Chemii Fizycznej PAN. Dzięki niemu zawarte w mikrokropli substancje chemiczne czy materiał genetyczny mogą dać początek setkom eksperymentów.

Kropelki wytwarzane do tej pory za pomocą elektronicznych pipet czy w wyrafinowanych urządzeniach mikroprzepływowych różniły się objętością o kilkanaście, a nawet kilkadziesiąt i więcej procent. W Instytucie Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk (IChF PAN) w Warszawie powstało jednak urządzenie kładące kres niedokładnościom i wytwarzające krople o praktycznie identycznej objętości, na dodatek liczonej w nanolitrach (miliardowych częściach litra).

Przyrząd jest tak prosty, że może być używany np. jako nakładka na pipety. Jego opracowanie to ważny krok w rozwoju układów mikroprzepływowych – o których mówi się, że zrewolucjonizują chemię podobnie jak zrobiły to z elektroniką układy scalone.

Dzielenie nawet niewielkich ilości cieczy na nanokrople otwiera nowe perspektywy badawcze. Zamiast jednego doświadczenia na mikrokropli, możliwe będzie teraz przeprowadzenie wielu pomiarów w setkach odrębnych eksperymentów. Wzrośnie dokładność analiz statystycznych, a w konsekwencji pewność wyników badań laboratoryjnych i diagnostycznych.

„Szczególnie ciekawy obszar zastosowań wiąże się z faktem, że nanokrople zawieszone w cieczy nośnej nie wykazują tendencji do łączenia się. Za pomocą przyrządu mikrofluidycznego z IChF PAN stworzenie trwałej i łatwej w składowaniu biblioteki nanokropel, liczącej setki i tysiące egzemplarzy kropelek z cennymi substancjami chemicznymi czy biologicznymi, staje się wręcz dziecinnie proste: elektroniczną pipetę z odpowiednią końcówką wystarczyłoby zanurzyć w oleju, nacisnąć guzik i… poczekać” – informuje w przesłanym komunikacie IChF PAN.

„We współczesnej mikrofluidyce kropelki produkuje się za pomocą mniej lub bardziej złożonej aparatury, w procesach starannie kontrolowanych przez komputery. Nasz pomysł był inny: zdecydowaliśmy się przekazać kontrolę nad powstawaniem kropel nie urządzeniom, a samej fizyce. Jak by nie patrzeć, ma ona przecież w tej dziedzinie kilkanaście miliardów lat doświadczenia więcej niż my, prawda?” – mówi prof. Piotr Garstecki z IChF PAN.

Jak informuje IChF PAN, układy mikroprzepływowe zwykle buduje się trwale, sklejając dwie płytki z przezroczystego tworzywa (poliwęglanu), z których jedna jest pokryta siecią odpowiednio zaprojektowanych, bardzo cienkich wyżłobień. Po zespoleniu płytek wyżłobienia te tworzą kanaliki, w które można wtłoczyć ciecz nośną (zwykle jest nią olej). Wprowadzając do wnętrza tak skonstruowanego układu drugą ciecz, niemieszającą się z cieczą nośną (np. roztwór wodny), można wytwarzać kropelki, transportować je, dzielić, łączyć, mieszać ich zawartość.

„Obecne układy mikrofluidyczne potrafią już wiele, ich rozmiary są małe, ale żeby taka płytka działała, wokół niej stoją jakieś pompy strzykawkowe, komputery sterujące przepływem, wszystko w plątaninie wężyków. Nasze urządzenie eliminuje znaczną część tej kłopotliwej i drogiej infrastruktury” – mówi dr Filip Dutka z IChF PAN i Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego.

Przyrząd, zaprojektowany w IChF PAN na zlecenie firmy Curiosity Diagnostics, przy wsparciu grantu Fundacji na rzecz Nauki Polskiej oraz europejskiego grantu ERC Starting Grant, to kanalik o starannie zaprojektowanej geometrii. „Gdy z jednej strony wprowadza się w niego ciecz roboczą, zaczyna ona uchodzić przez wylot tak ukształtowany, że w chwili, gdy przedostanie się przez niego odpowiednia ilość cieczy, siły napięcia powierzchniowego naturalnie zamykają jej powierzchnię. Za każdym razem dzieje się to w tym samym momencie. W efekcie każda nanokropla odrywająca się od wylotu ma zawsze tę samą objętość. Za pomocą różnych egzemplarzy nowego przyrządu grupa prof. Garsteckiego wytwarzała serie kropelek o rozmiarach od ok. 0,5 do ok. 50 nanolitrów” – czytamy w komunikacie IChF PAN.

„Nasze urządzenie tworzy nanokrople z szybkością kilkudziesięciu na sekundę, czyli nieco wolniej niż w tradycyjnych, kontrolowanych technikach. Liczba kropel jest mniejsza, ale wzrosła ich jakość. Testy wykazały, że wielkość nanokropel praktycznie nie zależy od szybkości przepływu czy lepkości cieczy roboczej, a dany egzemplarz urządzenia zawsze generuje krople tego samego rozmiaru. To naprawdę niesamowite, że w zakresie nawet dziesięciokrotnych różnic w prędkości przepływu, objętości kropel różnią się od siebie o ledwie kilka procent. Dzięki temu użytkownik ma pełną swobodę w realizacji eksperymentu, a wynik jest zawsze dokładnie zgodny z zaprojektowanym protokołem” – mówi biotechnolog, doktorant IChF PAN Adam Opalski.

Urządzenie opracowane w IChF PAN nie ma części ruchomych, nie zużywa się i nie wymaga zasilania. Prawdopodobnie już za kilka lat przyrząd, zgłoszony do opatentowania, będzie także szeroko dostępny w formie nakładek na pipety.

(Źródło: www.naukawpolsce.pap.pl)

ZOSTAW ODPOWIEDŹ

Proszę wpisać swój komentarz!
Proszę podać swoje imię tutaj