Když pevné hranice stvoří zázraky: nová éra mikrofluidiky
Mikrofluidika je extra zajímavá vědecká disciplína, která studuje chování kapalin v malých stísněných prostorách (tzv. mikrokanálcích) – což je něco, co se podstatně liší od našich každodenních zkušeností s kapalinami.
Na první pohled se sice může zdát, že kapalina se musí chovat vždy stejně bez ohledu na to, do jak malého prostoru ji uzavřeme. Ano, když budeme porovnávat vodu ve vaně a v koupališti, žádné významné rozdíly nezjistíme. Jakmile však kapalinu uzavřeme do objemu mikrometrického či ještě menšího, její chování se docela změní. Nad jejími objemovými vlastnostmi totiž převládnou vlastnosti povrchové. K těm patří například povrchové napětí, které známe i z běžného života: díky němu vznikají vodní kapky, na hladině se udrží drobný hmyz (bruslařka obecná neboli vodoměrka po ní dokonce chodí) apod. Jde však jen o slabší projevy možností kapalin.
Obr. 1: Rozdíl mezi prouděním kapaliny za běžných okolností a v mikrokanálcích
Když kapalina proudí, jedná se většinou o proudění turbulentní, při němž se částice pohybují v různých směrech. U velmi viskózních kapalin (např. medu) a rovněž v mikrofluidice se však setkáváme se specifickým „přímým“ (tzv. laminárním) prouděním. Zatímco ale u medu hraje zásadní roli extrémně pomalý tok, mikrofluidní kapaliny takto využívají omezeného prostoru, a proto dokáží laminárně téct i větší rychlostí. Toho se dá dobře využít v aplikacích, kde je nutná velká přesnost, jako např. při výrobě léků, při analýze šroubovitých molekul DNA (obr. 2) a RNA1 či při testech k detekci nemocí.
Obr. 2: Schéma šroubovitého tvaru tří stejných molekul DNA
Při testování na virové infekce, např. na hepatitidu B nebo na covid-19, se vzorek odebraný od pacienta nasaje do mikrokanálků a tam je zahřán a následně zchlazen, aby se uvolnila část DNA či RNA viru. Ta se pak nakopíruje (obr. 3), aby virus mohl být detekován a určen. Takto fungují i tzv. PCR testy. A právě v mikrofluidním zařízení díky malému objemu kapaliny proběhne její zahřátí a ochlazení mnohem rychleji než při užití tradičních metod, čímž se výrazně zkrátí doba celého testu. Při PCR testech navíc mikrofluidní kanály automatizují proces přípravy a kopírování vzorků DNA či RNA, a tím se snižuje riziko jejich kontaminace a zároveň odstraňuje nutnost ruční manipulace s nimi, která může být časově náročná a náchylná k chybám.
Obr. 3: Zjednodušené schéma nakopírování molekul DNA viru hepatitidy B pomocí metody PCR
Celkově lze říct, že velkou výhodou mikrofluidiky je její přesnost, rychlost zjištění přítomnosti viru a nízká cena díky malému množství spotřebního materiálu použitého k analýze. Navíc pro test využívající mikrofluidiky stačí odebrat pacientovi jen minimální množství vzorku např. krve. Pro medicínu se proto mikrofluidika stává stále zajímavější.
Autor: Ing. Ondřej Havelka
1 Molekula DNA nese genetický kód a najdeme ji v buněčném jádře. RNA slouží k tomu, aby podle genetického kódu probíhala výstavba těla organismu.
Zpět na seznam
Mohlo by vás zajímat
Kovová voda – fascinující experiment z českých luhů a hájů
O vodě už jste toho jistě slyšeli spoustu. Ale o zvláštním druhu vody, který se chová jako kov, možná ještě nic. Jak taková voda může vypadat? K čemu vlastně je? A kdo s touto vodou přišel?
Cyklodextriny: Malé molekuly s velkým využitím
Možná jste o cyklodextrinech nikdy neslyšeli, ale ve skutečnosti se s nimi setkáváme téměř každý den. Cyklodextriny jsou totiž molekuly, které se používají v mnoha oblastech, jako jsou potraviny, kosmetika či lékařství.
Lyžařské vosky
Možná Vás napadají fundovanější stránky o správné technice mazání běžek na Váš další výlet nebo závod. A máte pravdu! My si ale v tomto článku povíme, proč nám vlastně lyže po sněhu jede, a jak vůbec lyžařské vosky fungují.
Podzimní barvy listí
První podzimní den letos vycházel na pátek 23. září. Příroda se však podle našeho kalendáře neřídí, a proto můžeme typické podzimní jevy pozorovat mnohem dříve. Ano, řeč je hlavně o barevných změnách listů a jejich opadávání. Víte proč a jak…
Lightstick: chemické světlo na párty nebo na ryby
Zvyklí jsme obvykle na to, že svítící objekty, jako je slunce, plamen svíčky nebo obyčejná žárovka, uvolňují při svícení spoustu tepelné energie. U oblíbených svítících tyčinek (lightsticků) tomu tak ale není. Září totiž díky chemické reakci…
Přežití v přírodě: Jak filtrovat znečištěnou vodu?
Nedostatek vody, zejména pitné, patří k velkým globálním problémům dneška. O tom ale tento článek není. My vám chceme ukázat, jak si můžete opatřit aspoň trochu čistou vodu třeba na výletě, když vám dojde ta z domova.
Jak vyrobit zmrzlinu suchým ledem?
Léto je v plném proudu a prázdniny jsou na dohled. To je ideální příležitost, kdy si vyrobit domácí zmrzlinu za pomoci suchého ledu!
Jak si vyrobit šumivku do koupele?
Perlivky, šumivky nebo bomby do koupele, kdo by je nemiloval. Připravili jsme osvědčený recept, jak je s dětmi vyrobit.
Horký led
Vyrazili jste na zimní výpravu do hor, kolem zuří sněhová vánice a ledový vichr vás okrádá o cenné teplo? Možná patříte mezi šťastlivce s vyhřívanými rukavicemi a přídavnou baterií, která se ještě nestačila vybít. Anebo dáváte přednost…
Houby do vánočky?
Možná Vás překvapí, že při pečení vánočky hrají velmi důležitou roli houby. Konkrétně jednobuněčné houbovité organismy zvané Saccharomyces cerevisiae, které do vánočky přidáváme ve formě droždí.
Komentáře (0)