주요 연구실에서 문헌 검토를 실시했습니다.

Feb 29, 2024

북경기술대학교 출판유한회사

이미지: 미세유체 칩의 활성 마이크로 밸브 및 수동 마이크로 밸브. (A) 활성 마이크로 밸브의 일반적인 구조: 슬라이딩 암. PDMS 구조는 안내 채널과 유체 채널을 포함하고 평면 PDMS 표면에 접착되었습니다. (B) 핀치 밸브 작동 원리. (C) 상변화 마이크로밸브 작동 원리. (D) 핫 버블 마이크로 밸브 작동 원리.더보기

크레딧: 공간: 과학 및 기술

생명 과학 연구를 수행하기 위해 우주 환경을 이용하는 것은 우주 비행과 우주 환경에 의해 지구상 생명체의 발생과 발전에 영향을 미치는 문제에 대해 매우 중요한 의미를 갖습니다. 그러나 복잡한 조작, 포유류 및 2D 세포 배양 실험을 기반으로 한 연구 모델 등에 한계가 있습니다. "LAC(Lab-on-Chip)"라고도 알려진 미세유체 칩은 기존 실험실의 관련 기능을 마이크론 단위로 통합합니다. 낮은 에너지 소비, 높은 처리량 및 자동화 기능을 갖춘 칩으로 장기적인 실험 작동과 원격 데이터 기록 및 전송을 실현하여 우주 환경의 과제, 부족한 실험 자원 및 무인 작동 문제를 일부 극복할 수 있습니다. 정도. 미세유체칩을 이용한 관련 연구를 수행하기 위해서는 미세유체의 구동 및 제어가 매우 중요하다. 최근 Space: Science & Technology에 발표된 리뷰 논문에서 베이징 공과대학 생명과학부 생물의학 및 제약 분리 및 분석을 위한 베이징 핵심 연구소의 연구원들은 미세유체 작동 및 제어 시스템의 진행 상황을 포괄적으로 논의하고 요약했습니다. 우주 과학의 잠재적 응용과 과제.

먼저, 미세유체 구동 및 제어 기술의 현재 개발 상황을 요약합니다. 미세유체 칩에서 유체의 흐름을 전달하고 분배하는 역할을 하는 마이크로 펌프는 주로 칩의 일부 구조에 작용하는 기계식 마이크로 펌프와 유체를 직접 구동하는 비 기계식 마이크로 펌프의 두 가지 범주로 구분됩니다. 기계식 마이크로 펌프는 다이어프램 마이크로 펌프, 피스톤 마이크로 펌프, 유성 기어 마이크로 펌프, 공압 마이크로 펌프, 전기 관련 마이크로 펌프, 압전 마이크로 펌프 및 광학 구동 마이크로 펌프 등 기계적 이동 부품에 의해 미세 유체를 전달하고 제어하며 설계 및 작동이 간단하지만 다음과 같은 제한 사항에 의해 제한됩니다. 필름 변형 및 취성, 복잡한 제조 공정, 높은 비용, 낮은 신뢰성 및 어려운 통합. 비기계적 마이크로펌프는 유체를 구동하기 위해 일부 비기계적 에너지를 운동에너지로 변환하기 위해 다양한 물리적 또는 화학적 효과에 의존하며, 대표적으로 전기삼투형 마이크로펌프, 자기유체역학 마이크로펌프, 버블형 마이크로펌프, 모세관 마이크로펌프, 표면탄성파(SAW) 등이 있습니다. ) 마이크로 펌프는 제작 중에 어느 정도 안정성을 갖고 있지만 작동 중에 복잡한 구동 회로, 외부 장비 및 추가 전력이 필요합니다. 마이크로 밸브는 유체 흐름을 위한 스위치 제어 요소로, 일반적으로 시스템 입구 노드와 채널 노드의 전면에 위치합니다. 마이크로 밸브는 여기서 능동 밸브와 수동 밸브로 구분됩니다. 능동형 밸브는 에너지 변환에 의존하지 않고 슬라이딩 벽, 핀치 밸브 등 유체의 전환에 직접적으로 작용합니다. 패시브 마이크로 밸브는 상 변화 마이크로 밸브, 핫 버블 마이크로 밸브 및 자성 유체 마이크로 밸브와 같은 유체의 흐름 방향과 압력을 제어하기 위해 펌프 챔버의 작동 주파수에 주로 영향을 받습니다. 최근에는 단일 메커니즘 기반 미세유체 작동 또는 제어의 단점을 극복하기 위해 다양한 방법을 결합하는 데 점점 더 많은 관심이 집중되고 있습니다.

그런 다음 시뮬레이션 공간 조건이나 특정 항공우주에서 미세유체 칩이나 시스템을 적용하는 방법에 대해 간략하게 논의했습니다. 시뮬레이션된 미세중력 하에서 Michel et al. 인간 케라틴 형성 세포와 피부 흑색종 세포를 배양하기 위해 전체 유리 LOC 플랫폼이 성공적으로 구현될 수 있음을 나타냈습니다. Yang et al. 종자 발아 초기 단계에서 종자 현탁 후 성장 인자 반응이 크게 감소한다는 사실을 발견한 Wang 등은 Cryptobacterium hidradenum에 대한 미세 중력 손상 분석을 구축했으며 Yew 등은 단시간에 세포 반응을 추적하고 동적 유체 환경을 구축해야 하는 필요성을 해결하기 위해 LOC 클리노로테이션 시스템을 개발했습니다. 일부 국가에서는 STS-116 미션(우주에서 그람 음성균을 검출할 수 있는 최초의 마이크로칩 발사), "Foton-M3" 우주선(저유체 칩)과 같은 미세유체 칩을 기반으로 한 우주 생명 과학 분야의 연구 프로젝트를 성공적으로 수행해 왔습니다. 지구 궤도 테스트), rHEALTH(우주에서 장거리 비행 중에 우주비행사의 건강을 모니터링하기 위해 호출되는 재사용 가능한 미세유체 칩 장치 설계), CubeSat(LOC 시스템뿐만 아니라 자유 비행 CubeSat에서 작동하는 소형 가변 g 원심 분리기에 대한 중요한 검증) ), 국립보건원(National Institutes of Health), BioSentinel(자율 생체분석 마이크로시스템의 예) 및 ISRO의 모듈형 랩 칩 페이로드가 자금을 지원하는 최초의 우주 장기 온 칩입니다. 그동안 연구팀은 10년 넘게 미세유체칩을 기반으로 한 우주생명과학 연구를 수행해 왔으며, 여러 차례 우주발사에 성공했다. 요약하면, 우주 생명과학 연구에는 고도로 통합되고, 자동화되고, 기능적으로 다양한 탐지 플랫폼이 필요하며, 미세유체 칩은 고유한 장점을 가지고 있습니다.