تاریخچه و تعریف بایوممز

شاید بتوان اولین محصول تجاری­شده در زمینه میکرو سیالات را کیت تست بارداری دانست. این محصول سال 1985 توسط یک شرکت انگلیسی به بازار عرضه شد. این اولین تلاش برای ورود به دنیای بایوممز بود. دانشمندان حوزه  بایوممز بیشتر روی فناوری­های ساخت در ابعاد میکرو و قطعات مکانیکی تمرکز دارند که برای کاربردهای زیست­فناوری مناسب باشد.

به­دلیل انطباق زیاد بایوممز با میکروتاس  و آزمایشگاه روی چیپ  گاهی آن­ها با یکدیگر یکسان در نظر گرفته می­شوند. LOC با کوچک­سازی و یک­پارچه سازی فرایندهای آزمایشگاهی، آن­ها را روی یک چیپ پیاده سازی می­کند. این چیپ­ها اغلب جهت آزمایش­های بیولوژیکی استفاده می­شوند، اما درعین حال کاربرد گسترده­تری دارند. میکروتاس نیز اغلب جهت آنالیزهای شیمیایی استفاده می­شود.

تعریف جامع­­تری نیز برای بایوممز وجود دارد: فناوری با کاربرد زیستی در مقیاس میکرو که عملکردهای الکترونیکی و مکانیکی می­توانند در آن کاربرد داشته باشند و یا نداشته باشند.

مواد

سیلیکون و شیشه، پلاستیک و پلیمر، مواد بیولوژیکی و کاغذ جزو مواد اصلی در ساخت تجهیزات بایوممز هستند. در ادامه مزایا و معایب هریک را بررسی می­کنیم.

هزینه بالا و زیست­ناسازگار بودن سیلیکون­ها از جمله نقاط ضعف آن­ها به­حساب می­آید. در نتیجه کار با پلاستیک­ و پلیمرها برای محققان جذاب­تر است. چون علاوه بر هزینه پایین­تر در فرایندهای ماشین­کاری، ساخت و نمونه­سازی سریع، کار با آن­ها نیز راحت­تر است. برخی از پلیمرها شفاف هستند؛ درنتیجه میتوان از آن­ها در اجرای برخی تکنیک­های تشخیص نوری مانند فلوئورسانس و  اسپکتروسکوپی فرابنفش مرئی استفاده کرد. همچنین پلمیرها زیست­سازگار بوده و به­دلیل عایق بودن برای فرایندهایی همانند جداسازی الکتروفورتیککه نیازمند میدان­های الکتریکی قوی است، مناسب هستند. به­عنوان یکی از پلیمرهای پرکاربرد در بایوممز میتوان از PDMS نام برد.

از جمله مواد کاربردی دیگر در بایوممز مواد بیولوژیکی هستند؛ بدین معنی که میکرو الگوها به کمک پروتئین­ها، سلول­ها و بافت­ها ایجاد می­شوند. این الگوها در توسعه میکرو آرایه­ها، آرایه­های سلولی و ارگان­های مصنوعی کاربرد دارند. جهت ایجاد الگوها با استفاده از فوتولیتوگرافی، میکروسیالات و SAM میتوان مولکول­ها را روی سطوح نشاند.

برای ایجاد میکروکانال­ها برای جریان میکروسیالات میتوان از بستر کاغذی استفاده کرد؛ یکی از خروجی­های معروف آن کیت کاغذی تست بارداری است که به آن اشاره شد. مزایای استفاده از کاغذ برای میکروسیالات و الکتروفورز هزینه پایین، زیست­سازگاری و عمل مویینگی طبیعی است.

فناوری­های محوری

در توسعه بایوممز به­طور عمده فناوری­های­ الکتروکنتیکو میکروسیالات کاربرد دارند.

از پدیده الکتروکنتیک برای جداسازی مخلوط­های مولکولی و سلولی با بهره­گیری از میدان الکتریکی استفاده می­شود.  الکتروفورز برگرفته از الکتروکنتیک برای جداسازی یون­ها، مولکول­های ارگانیک باردار، پروتئین­ها و DNA به­کار گرفته می­شود. فرایند الکتروفوکوسینگ نیز خروجی دیگر الکتروکنتیک است که از آن جهت جداسازی پروتئین و سلول­ها با Ph مختلف بهره می­گیرند. بدین­صورت که یک شاخص Ph عمود به جهت جریان در محلول قرار می­گیرد؛ سپس نمونه مواد مختلف تحت تاثیر نیرو الکتروفورتیک به­صورت عمود به جریان حرکت کرده تا به درجه Ph مربوط به خود برسند. به­عنوان نمونه آخر از پدیده الکتروکنتیک در این­جا به دی­الکتروفورز اشاره می­کنیم. دی­الکتروفورز حرکت ذرات غیرباردار دراثر قطب­های القاشده تحت تاثیر میدان الکتریکی غیریکنواخت است. از این عمل در بایوممز برای تمرکز ذرات در مکان­های مشخصی روی سطوح استفاده می­شود.

فناوری محوری بعدی که در بایوممز به آن برمی­خوریم میکروسیالات است. زمانی که از میکروسیالات صحبت می­کنیم منظورمان سیستم­هایی با مقادیر کوچک سیال است که روی ماده بستر در مقیاس میکرو ساخته شده­اند. استفاده از میکروسیالات در بایوممز چند مزیت عمده دارد:

• آرام بودن جریان داخل میکروکانال­ها این امکان را فراهم می­کند تا بتوان به­ گونه­های متفاوت سلول­های داخل میکروکانال را بررسی کرد و هم­چنین مدل­سازی ریاضی الگوی جریان و غلظت و مدل­سازی کمی واکنش­های بیوشیمیایی و محیط بیولوژیکی سلول­ها را اجرا کرد.
• 
• باتوجه به­اینکه ویژگی­های میکروسیالاتی در مقیاس سلولی و کوچکتر قابل پیاده­سازی هستند، امکان تحقیق روی پدیده­های زیرسلولی، کشت و ذخیره سلول­ها و تکرار رشد و نمو پارامترهای فیزیولوژیکی فراهم می­شود.
• تجمیع میکروالکترونیک، میکرومکانیک و میکرو اپتیک روی یک پلتفرم امکان کنترل اتوماتیک دستگاه را فراهم میکند؛ نتیجه آن نیز کاهش خطای انسانی و هزینه­ اجرا خواهد بود.
• به­دلیل بازده بالا و امکان تولید انبوه، میکروسیالات فناوری نسبتا ارزانی است. لذا می­توان محصولات تجزیه­پذیر و یا چیپ­های یک­بارمصرفی تولید کرد که کار با آن­ها راحت­ باشد و احتمال وجود آلودگی­های ناخواسته بیولوژیکی کاهش یابد و  بتوان نمونه­سازی سریع داشت.
• میتوان دستگاه­هایی ساخت که مقدار کمتری واکنش­گربرای تشخیص­های شیمیایی مصرف کرده و به زمان کمتری برای تکمیل فرایندها و واکنش­ها نیاز داشته باشند