Лаборатория на чипе

Лаборатория на чипе (англ. lab-on-a-chip или micro total analysis systems, сокр. LOC; µTAS), или микросистемы полного анализа, — миниатюрный прибор, позволяющий осуществлять один или несколько многостадийных (био)химических процессов на одном чипе площадью от нескольких мм² до нескольких см² и использующий микро- или наноскопические количества образцов для пробоподготовки и проведения реакций.

Описание

Для создания лабораторий на чипе используется микротехнология, с применением 3D-принтеров, фотолитографии, микро- и нанофлюидики, прецизионного конструирования, наносенсорики и других приёмов, применяемых в производстве микроэлектромеханических систем (МЭМС). Лаборатории на чипе отличаются от обычных биомикрочипов, выполняющих, как правило, одну реакцию (например, гибридизацию нуклеиновых кислот) возможностью осуществлять последовательные химические превращения исходных образцов, включая стадии разделения, концентрирования, смешивания промежуточных продуктов, перемещения их в различные реакционные микрокамеры и считывания конечных результатов. Основные преимущества лабораторий на чипе заключаются в простоте их использования, высокой скорости проведения анализа, малом количестве образцов и реагентов, необходимых для получения результата, а также хорошей воспроизводимости результатов благодаря использованию стандартных технологий и автоматизированного оборудования в ходе изготовления и применения. В перспективе такие системы смогут значительно удешевить и сделать более доступными технологии исследования, проводимые в настоящее время в специализированных лабораториях на дорогостоящем оборудовании, например, диагностику онкологических и инфекционных заболеваний можно будет проводить непосредственно у постели больного или осуществлять экспресс-анализ загрязнения окружающей среды в полевых условиях. Значительно облегчает конструирование подобных устройств создание универсального набора компонентов (которые не трудно воссоздать с помощью 3D-принтера), из которого новое устройство может быть создано в считанные минуты.^[1]^[2]. Также существует перспектива будущего применения лабораторий на чипе в качестве микрореакторов в синтетической химии, а также в качестве микроустройств для лабораторной экспресс-диагностики, например, по ПЦР.

См. также

Примечания

↑ Discrete elements for 3D microfluidics (неопр.). Дата обращения: 23 сентября 2014. Архивировано 17 ноября 2018 года.
↑ Lego-like modular components make building 3-D 'labs-on-a-chip' a snap (неопр.). Дата обращения: 23 сентября 2014. Архивировано 22 сентября 2014 года.

Литература

Bhargava, K. C. et al.(2015). Predicting the behavior of microfluidic circuits made from discrete elements. Sci. Rep. 5, 15609; doi:10.1038/srep15609
Au, A. K., Bhattacharjee, N., Horowitz, L. F., Chang, T. C., & Folch, A. (2015). 3D-printed microfluidic automation. Lab on a chip, 15(8), 1934—1941. doi:10.1039/C5LC00126A
Rogers, C. I., Qaderi, K., Woolley, A. T., & Nordin, G. P. (2015). 3D printed microfluidic devices with integrated valves. Biomicrofluidics, 9(1), 016501. Подробное описание устройства со встроенными клапанами
Chang, L., Hu, J., Chen, F., Chen, Z., Shi, J., Yang, Z., … & Lee, L. J. (2016). Nanoscale bio-platforms for living cell interrogation: current status and future perspectives. Nanoscale., 8, 3181-3206 doi:10.1039/C5NR06694H
Yazdi, A. A., Popma, A., Wong, W., Nguyen, T., Pan, Y., & Xu, J. (2016). 3D printing: an emerging tool for novel microfluidics and lab-on-a-chip applications. Microfluidics and Nanofluidics, 20(3), 1-18. doi:10.1007/s10404-016-1715-4 Как напечатать на 3D принтере лабораторию на чипе
Zhang, Y., & Jiang, H. R. (2016). A review on continuous-flow microfluidic PCR in droplets: Advances, challenges and future. Analytica Chimica Acta, 914, 7-16. doi:10.1016/j.aca.2016.02.006
Carreras, P., González, I., Gallardo, M., Ortiz-Ruiz, A., Morales, M. L., Encinas, J., & Martínez-López, J. (2021). Long-Term Human Hematopoietic Stem Cell Culture in Microdroplets. Micromachines, 12(1), 90. PMC 7830102 doi:10.3390/mi12010090
Venkatesan, S., Jerald, J., Asokan, P., & Prabakaran, R. (2020). A Comprehensive Review on Microfluidics Technology and its Applications. Recent Advances in Mechanical Engineering, 235—245. https://doi.org/10.1007/978-981-15-1071-7_20 Online ISBN 978-981-15-1071-7
Agrawal, G., Ramesh, A., Aishwarya, P., Sally, J., & Ravi, M. (2021). Devices and techniques used to obtain and analyze three‐dimensional cell cultures. Biotechnology Progress, e3126. PMID 33460298 doi:10.1002/btpr.3126
Winkler S., Grünberger A., Bahnemann J. (2021) Microfluidics in Biotechnology: Quo Vadis. In: . Advances in Biochemical Engineering/Biotechnology. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/10_2020_162 PMID 33495924
Evgenios Bouzetos et al., (2021). (R)evolution-on-a-chip. Trends in Biotechnology. https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2021.04.009
Krylach, I. V., Fokina, M. I., Kudryashov, S. I., Veniaminov, A. V., Olekhnovich, R. O., Sitnikova, V. E., ... & Uspenskaya, M. V. (2022). Microfluidic water flow on laser-patterned MicroCoat®-coated steel surface. Applied Surface Science, 581, 152258. doi:10.1016/j.apsusc.2021.152258

Ссылки

При написании этой статьи использовался материал^{(статья, авторы)} из издания «Словарь нанотехнологических терминов» (2009—…), доступного по лицензии Creative Commons BY-SA 3.0 Unported.

[1] Discrete elements for 3D microfluidics (неопр.). Дата обращения: 23 сентября 2014. Архивировано 17 ноября 2018 года.

[2] Lego-like modular components make building 3-D 'labs-on-a-chip' a snap (неопр.). Дата обращения: 23 сентября 2014. Архивировано 22 сентября 2014 года.

[1]

[2]