Лаборатория опытного производства гидродинамических микрочипов

Заказчик: Пермский Государственный Национальный Исследовательский Университет (ПГНИУ)

Компания Elvesys является одним из мировых лидеров в области производства оборудования для микрофлюидики. Центром Инновационных Технологий было поставлено оборудование для управления потоками микрожидкостных систем на базе контроллера давления OB1MK.

Уникальными характериситками оборудования являются:

OB1 является единственным прибором в области технологий микрофлюидики, использующим пьезоэлектрические регуляторы, позволяющие достигать результатов в 20 раз более точных и в 10 раз более быстрых чем у аналогичных приборов.
OB1 оснащен 4 системами контроля давления, вакуума и расхода течения. Оборудование способно удовлетворить потребности 97% всех экспериметнов в области микрофлюидики.
Одной из важнейших функций является возможность контроля положения объекта в канале.
Оснащение OB1 новейшим програмным обеспечением Elveflow добавляет ко всем прочим характеристикам интуитивно-понятный интерфейс для проведения исследований пользователем.
Уникальным свойством является максимальный перепад давления при максимальном расходе не более 1,5 Бар

О лаборатории.

Гидродинамический чип

Это миниатюрное устройство, выполненное с применением фотолитографии, в котором создана разветвленная сеть микроканалов путем травления, термопластической штамповки или маскированного напыления, из стекла, пластика или кремния. Площадь микрочипа составляет несколько квадратных сантиметров, а линейные размеры каналов по двум измерениям обычно находятся в диапазоне от сотен микрон до сотен нанометров.

Сферы применения жидкостных микрочипов

В настоящее время основное применение микрочипы нашли в биотехнологии и медицине. Разработаны соответствующие методы анализа энзимов и белков, иммуноанализ, исследования ДНК. Также на микрочипах проводятся аналитические методы хроматографического и экстракционного разделения в потоке, электрохроматографии и проточно-инжекционного анализа. Создание синтетических лабораторий по высокопроизводительному и высокоселективному синтезу органических веществ, в основном лекарственных препаратов и дорогих хиральных соединений.

Лаборатория опытного производства

В Пермском университете теоретическая гидродинамика, как направление, возникла в 1951 году благодаря активной деятельности известных советских ученых-профессоров Г.А.Остроумова, В.С. Сорокина и др. Сложившаяся научная школа гидродинамики стала известна далеко за пределами Прикамья. На базе этой научной школы в 2012 году в Перми открывается Лаборатория опытного производства гидродинамических микрочипов. Создание жидкостных микрочипов для разных областей применения во всем мире объединяет физиков, биологов, химиков и медиков.

О технологии.

Микрофлюидика (Микрогидродинамика) — технология, позволяющая работать с очень малыми объемами жидкостей, газов, с кристаллическими и полимерными частицами, клетками животного, растительного и бактериального происхождения, пузырьками и каплями с возможностью наблюдать за ними, манипулировать ими и контролировать процессы, протекающие с ними.

Это дает возможность проводить «традиционные» исследования в миниатюрном формате, а также проводить исследования, которые ранее были невозможны.

Особенности и возможности микрофлюидики:

работа с микрообъектами (капли, клетки, частицы, пузырьки);
работа с микро- и нанообъемами (диаметр канала от 10 нм);
высокая воспроизводимость: точность дозирования — порядка пиколитра;
точный контроль параметров процесса: температуры, скорости потоков, давления, смешивания;
большая библиотека «стандартных» чипов;
чипы произвольной конфигурации и геометрии: многослойные и составные чипы с разными свойствами поверхности каналов, интеграция на одном чипе различных стадий процессов для ускорения и автоматизации методик исследований;
интеграция с приборами, детекторами, системами пробоподготовки и сенсорами (хроматографами, масс-спектрометрами, лазерами, спектрофотометрами, микроскопами и т.д.);
автоматизация процессов: удобство, высокий выход, воспроизводимость, точность;
объединение разных стадий методик в одном приборе;
уменьшение размеров приборов;
появление новых методов и приборов.

Технология микрофлюидики находит применения в таких областях как:

химический синтез, аналитическая химия, физико-химические исследования;
разработка лекарственных препаратов, определение эффективности и цитотоксичности;
биология, диагностика и медицина;
экология, производство, приборостроение.

Разработка лекарственных препаратов, определение эффективности и цитотоксичности:

химический синтез с точным контролем условий и детекцией промежуточных соединений, дозирование, очистка полученных продуктов (для получения и скрининга новых лекарств);
доставка лекарств к «мишени» путем упаковки активного вещества в микрокапли, или пришивания их к полимерным микрочастицам-носителям;
культивирование и наблюдение отдельных клеток и колоний на чипе в виде слайда под микроскопом; чип позволяет подводить к клетке питательные вещества, поддерживать pH, О₂ , оценивать ответ клеток на изменение условий;
клетки эукариот и прокариот можно заключить в микрокапли и культивировать в виде колоний, изолированных друг от друга аналогично культивированию на твердом субстрате, но с существенно большей скоростью и с возможностью автоматизированной сортировки, например, культивировать микроводоросли в каплях;
сортировка клеток и частиц на чипах для изучения межмолекулярных и клеточных взаимодействий при работе со стволовыми клетками, лечении онкологических заболеваний;
подсчет частиц в газовой или жидкой фазе методом лазерного светорассеяния в канале проточного микрочипа;
тесты на цитотоксичность на живых клетках с изучением последовательного влияния продуктов жизнедеятельности клеток одних тканей на клетки других тканей, например, кишечника, печени и почек.

Компоненты системы:

чипы: стекло, кварц, полимер, гидрофильные, гидрофобные, пользовательские;
коннекторы и интерфейсы: линейные, круглые, от 2 до 24 каналов, edge-, surface-, resealable и in-line, пользовательские;
насосы: давления, шприцевые, пьезо-, перистальтические, электроосмотические;
клапаны: соленоидные, инъекционные;
сенсоры скорости потока;
сопротивления потокам, трубки, фитинги, ферулы, уплотнения, прокладки;
цифровые оптические системы визуализации процессов;
адаптеры для термостатирования;
аксессуары для сбора капель, деления и объединения потоков.

Источник: www.microfluidic.psu.ru