Mikroakışkan Çip Üstü Laboratuvar (Lab-on-a-Chip) ve Otomatik Tıbbi Teşhis

Mikroakışkan Çip Üstü Laboratuvar (Lab-on-a-Chip)

Özellik ne işe yarar?

Geleneksel kan, DNA veya biyokimyasal analizler; büyük laboratuvar cihazlarına, yüksek miktarda numuneye, pahalı kimyasal reaktiflere ve günlerce süren bekleme sürelerine ihtiyaç duyar. Çip Üstü Laboratuvar (Lab-on-a-Chip – LOC) teknolojisi; biyoloji, kimya ve mikro-imalat disiplinlerini birleştirerek koca bir analiz laboratuvarının işlevini sadece birkaç santimetrekarelik plastik, cam veya silikon bir çip üzerine sığdırır. Bu çiplerin içinde saç telinden binlerce kat daha ince mikro kanallar (microfluidic channels), mikromikserler, vanalar ve sensörler yer alır. Tek bir damla kan veya sıvı numune çip üzerine damlatıldığında, mikroakışkan dinamikleri sayesinde numune kanallarda otomatik olarak süzülür, reaktiflerle karıştırılır ve çip üzerindeki optik/elektriksel sensörler vasıtasıyla tahlil sonucu birkaç dakika içinde elde edilir. Bu teknoloji; hasta başı testlerde (Point-of-Care), kanser hücresi taramalarında, salgın hastalık teşhislerinde ve kişiselleştirilmiş ilaç testlerinde devrim niteliğindedir.

Nasıl uygulanır?

Bir LOC çipi tasarlamak için öncelikle mikro-akışkan simülasyon yazılımları (örneğin COMSOL Microfluidics Module) kullanılarak sıvının kanallardaki laminar akışı ve kılcal çekim (capillary action) kuvvetleri modellenir. Çipler genellikle PDMS (Polidimetilsiloksan) adı verilen şeffaf polimerlerden yumuşak litografi (soft lithography) veya yüksek hassasiyetli 3D mikro-baskı teknikleriyle üretilir. Çip içi yüzeyler spesifik antikorlar veya DNA probları ile işlenir (functionalization). Biyolojik numune çipe enjekte edildiğinde, mikro vanalar (pneumatic microvalves) harici bir mikro denetleyici kartı tarafından sırayla açılarak kimyasal reaksiyon adımları otonom olarak yönetilir ve sonuçlar entegre fotodiyotlar üzerinden dijital ekrana yansıtılır.

İyi sonuç için ipuçları

Mikro kanallarda akışkanların birbirine karışmasını engellemek için laminar akış (Laminar Flow) rejimini (düşük Reynolds sayısı) koruyacak kanal genişlikleri (10 – 100 mikron) tasarlayın. Kanallarda oluşabilecek hava kabarcıkları (air bubbles) tüm akışı tıkayabileceği için çip tasarımına gaz geçirgen hidrofobik havalandırma zarları (bubble traps) ekleyin. Seri üretimi kolaylaştırmak için cam malzeme yerine enjeksiyon kalıplamaya uygun termoplastik (PMMA veya COC) malzemelere yönelin.

Dikkat edilmesi gerekenler

Hasta numuneleriyle çalışıldığında çapraz bulaşmayı (cross-contamination) önlemek için çiplerin tek kullanımlık (disposable) ve biyouyumlu olması şarttır. İlgili rehber yazılarda fantastik cam maketler yerine biyomedikal AR-GE tesislerindeki gerçek mikroakışkan çip kesitleri ve kanal kontrol arayüzleri tercih edilmelidir.