موضوع مقاله: دستگاه ریزسیال کاغذی | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # دستگاه ریزسیال کاغذی | مقدمه: اغلب اوقات این مرحلهٔ مهم به وسیلهٔ استفاده کردن از ابزارهای آزمایشگاهی سنتی که اطلاعات کمّی خوبی از نمونه‌های زیستی در اختیار قرار می‌دهند، تحقق می‌یابد. | ## بخش 1: دستگاه ریزسیال کاغذی | Martinez et al." بنابراین دستگاه‌های ریزسیال کاغذی توسعه پیدا کردند تا نه تنها ابزارهای سازگار با محیط زیست و به صرفه‌ای باشند – مخصوصاً در کشورهای در حال توسعه- بلکه بتوان آزمایش‌ها را در شرایط اضطراری و در مناطق دور افتاده نیز انجام داد. Martinez et al." علاوه بر تمام موارد بالا، کاغذ نه تنها یک مادهٔ در دسترس و ارزان است؛ بلکه یک بستر خیلی سبک را تشکیل می‌دهد که می‌تواند به راحتی جابه‌جا شود. کاربردها برای نخستین بار در سال ۲۰۰۷ دستگاه‌های میکروفلوئیدیک کاغذی غالباً برای شناسایی انواع مختلف مواد و ترکیبات توسط مارتینز و همکاران طراحی شدند، اما این ابزارها می‌توانند کارهای خاص دیگری را نیز انجام دهند. این ابزارها برای اندازه‌گیری غلظت گلوکز و پروتئین ادرار از آزمون‌های رنگ سنجی استفاده می‌کردند. به برکت وجود صفحات کاغذی که در مقایسه با صفحات پلاستیکی میکرولیتری سنتی با هزینهٔ کمتری تولید می‌شوند، می‌توان بررسی‌های مختلف برای آزمایش‌های گوناگون را هم‌زمان انجام داد. کاربرد مهم دیگر برای دستگاه‌های میکروفلوئیدیک کاغذی شناسایی پاتوژن‌ها (عوامل بیماری زا) و سموم است. روش رنگ سنجی به علت روش کار آسان و نمایش مستقیم تغییرات دریافتی رایج‌ترین شیوه آزمایش است که در µPADs استفاده می‌شود. روش‌هایی که بر اساس نور منتشر شده از واکنش‌های شیمیایی و الکتریکی کار می‌کنند در محیط‌های تاریک و عاری از نورهای مزاحم انجام می‌شوند. این‌ها هم چنین رایج‌ترین روش‌های تشخیصی وابسته به مشاهده در محیط‌های میکروفلوئیدیک هستند؛ اما این روش‌ها به علت راحتی روش‌های رنگ سنجی هنوز به‌طور گسترده در دستگاه‌های آنالیزکننده بر پایهٔ میکروفلوئیدیک کاغذی مورد استفاده قرار نگرفته‌اند. روش‌های شناسایی بر اساس نور منتشر شده از واکنش‌های شیمیایی دارای حساسیت بالاتری است که شناسایی بیماری و اندازه‌گیری مواد حاصل از واکنشپ‌ها (آنالیت‌ها) را در اندازه‌های کوچک‌تر (نانو مولار) فراهم می‌کند. دستگاه‌های دو بعدی به علت مراحل ساخت و مواد مورد استفاده، فرایندهای ساخت دستگاه‌های ریزسیال کاغذی ساده و ارزان هستند؛ در واقع قیمت تخمین زده شده کم‌تر از ۱۰ دلار برای هر متر مربع است. آن‌ها از شبکه‌ای از کانال‌های کوچک (ریزمجراها) آب دوست/آب گریز تشکیل شده‌اند که مایعات می‌توانند به وسیلهٔ نیروی کشش سطحی در هر دو بعد طولی و عرضی حرکت کنند. روش‌های زیادی برای ساختن دستگاه‌های میکروفلوئیدیک کاغذی وجود دارد که بستگی به شیوه مورد نظر برای شناسایی بیماری‌ها دارد. این مطلب کوتاه بر روی روش‌های ساخت مختلف دستگاه‌های میکروفلوئیدیک کاغذی تمرکز می‌شود. اولین مرحلهٔ این روش بر اساس تبدیل بعضی از مناطق آب دوست کاغذ به آب گریز به وسیلهٔ چاپ خطوط آب گریز موازی ای است که ریزمجراها (میکروکانال‌ها) را مشخص می‌کنند. این یک شیوهٔ پایه‌ای برای چاپ الگوها بر روی برگه‌های کاغذ سلولزی است ولی تنها شیوهٔ ممکن نیست. ارتفاع میکروکانال‌ها به وسیلهٔ ضخامت کاغذی که مورد استفاده قرار می‌گیرد، تعیین می‌شود. | ## بخش 2: دستگاه ریزسیال کاغذی | به علت وجود موانع آب گریز، نمونه‌های آب دوست به اطراف پخش نمی‌شوند و در داخل کانال‌های تعبیه شده حرکت می‌کنند. روش‌های زیادی برای الگوسازی فرایندهایی که طول و عرض کانال‌های میکروفلوئیدیک را مشخص می‌کنند وجود دارد و هر شیوه مزایا و معایب خودش را دارد. طراحی با یک قلم آغشته به موم یک روش جایگزین برای طراحی چنین الگوهایی است، اما برخی محققین ترجیح می‌دهند تا این الگوها را با یک چاپگر جوهر افشان معمولی چاپ کنند و سپس طرح و نقش را برای وضوح بهتر با یک قلم آغشته به موم روی طرح چاپ شده ایجاد کنند. معایب مزایا -نیاز به موم‌های گران‌قیمت -روش کار ساده -چاپگرها و الگوها دقت بالایی ندارند (موم‌های تازه چاپ شده به‌طور عمودی پخش می‌شوند بنابراین عرض موانع آب گریز را افزایش می‌دهند) -فرایند سریع(۵–۱۰ دقیقه) -نیاز داشتن به یک مرحلهٔ گرمادهی اضافه -کافی بودن برای اغلب کاربردهای (µPAD) -دوست دار محیط زیست (استفاده نکردن از محلول‌های آلی در فرایند ساخت و اینکه کاغذ و موم به راحتی به وسیلهٔ سوزاندن می‌توانند از بین بروند) چاپگرهای جوهرافشان چاپ جوهرافشان یک روش ساخت جدید است که می‌توان ابعاد ماده شیمیایی را با تکنیک‌های دیجیتال چاپ جوهر افشان تعیین کرد. مهم‌ترین موضوعی که در این روش وجود دارد ایجاد افتراق بین موانع آب گریز و کانال‌هایی است که در آن‌ها مواد آب دوست جریان دارد. سیستم‌های چاپ جوهرافشان از فناوری (drop-on-demand(DOD برای چاپ الگوها استفاده می‌کنند که به وسیلهٔ ترشح قطرات جوهر به صورت نقطه به نقطه بر روی یک کاغذ سلولزی در جاهایی که نیاز است، انجام می‌شود. -امکان ترشح حجم‌های در حد پیکو قطرات رنگی چاپ سنگی نوری به‌طور کلی فوتولیتوگرافی روش استاندارد برای ساخت صفحاتی است که بر روی آن‌ها مدار چاپ شده و از نور برای ایجاد مسیر بر روی تراشه استفاده می‌شود. این روش به صورت قرار گرفتن در معرض نور از پشت یک ماسک برای طراحی تصویر یک الگو است که بسیار شبیه به فیلم نگاتیو در عکس‌برداری معمولی است. فوتولیتوگرافی یک روش آسان، سریع و ارزان می‌باشد و با این روش نواحی آب گریزی که الگوهای مورد نظر را ایجاد می‌کنند به وسیلهٔ مواد پلی مری ساخته می‌شوند. کانال‌هایی که به وسیلهٔ فوتولیتوگرافی ساخته می‌شوند، دارای شفافیت بالایی هستند؛ در حالی که مثلاً کانال‌هایی که به وسیلهٔ چاپ موم ایجاد می‌شوند دارای شفافیت پایین هستند و نمی‌توان واکنش را مشاهده کرد. معایب مزایا -نیاز به حلال آلی -سرعت بالا(۱۵ دقیقه) -نیاز به تجهیزات گران‌قیمت -ظرافت بالای کانال‌ها -نیاز به یک مرحله شست‌وشوی اضافی برای از حذف پلیمرهای غیر متصل(un-cross link) -ارائه تکنیک‌های مختلف بر مبنای این روش -آسیب‌پذیر بودن در برابر خم شدن چاپ بر روی صفحات انعطاف‌پذیر این روش بر اساس چاپ صفحات انعطاف‌پذیر بر روی پلی استیرن - پلی مری که برای ایجاد لایه‌های کاغذی آب گریز استفاده می‌شود- است. معایب مزایا -نیاز به دو مرحله چاپ محلول پلی استیرن -دارا بودن کانال‌های ظریف برای عبور مایعات -نیاز به صفحات چاپی مختلف -کاهش حجم ماده مصرفی -کیفیت چاپ بستگی به نرمی سطح کاغذ دارد -ایده‌آل برای تولید در مقیاس گسترده -بی‌نیاز از استفاده از گرما برای تولید الگوهای چاپی پرداخت با پلاسما استفاده از رفتار پلاسما می‌تواند یک شیوه برای ایجاد الگوهای ریزسیال بر روی لایه‌های کاغذ باشد. دستگاه‌های میکروفلوئیدیک کاغذی که به وسیلهٔ پرداخت دادن با پلاسما ایجاد می‌شوند این مزیت را دارند که ابزارهای جانبی مثل سوئیچ‌ها، فیلترها و جداکننده‌ها می‌تواند به راحتی در سیستم‌های میکروفلوئیدیک جایگذاری شوند. متأسفانه این روش بدون نقص نیست؛ یک مشکل معمول برای این روش این است که لایه‌ای که زیر ماسک قرار دارد، بیش از اندازه کشیده می‌شود و اندازه الگو را از اندازهٔ ماسک بزرگ‌تر می‌کند. فرایند ساخت بر اساس بسپارش پلی‌مرهای حساس به نوری است که با موفقیت امکان جریان یافتن مایعات و مهار کردن آن‌ها وجود دارد. به وسیلهٔ اصلاح سطح و ویژگی‌های کاغذ (آب دوستی/آب گریزی)، یک ساختار خیلی متخلخل ایجاد می‌شود که کمک به گیر افتادن مواد بیولوژیک و شیمیایی در واکنش دهنده‌های آبی کرده و آنالیز را راحت‌تر می‌کند. الگوهای دقیق دو بعدی روی سطوح آب گریز کاغذ با استفاده از لیزرهای CO2 که با رایانه کنترل می‌شوند، ایجاد می‌شود. | ## بخش 3: دستگاه ریزسیال کاغذی | معایب مزایا -اجازهٔ جریان مایعات به سطوح جانبی را نمی‌دهد -روش ساخت ساده و ارزان -نیاز به پوشش اضافی برای جریان مایع -دقت بالا -مناسب نبودن برای تولید در در مقیاس گسترده -هر نوع کاغذ با پوشش سطحی آب گریز می‌تواند استفاده شود -چندمنظوره با کنترل ساده -توانایی تغییر ساختار سطح و ویژگی‌های کاغذ به‌طور انتخابی قلم‌زنی خیس این روش شامل استفاده از یک کاغذ فیلتر آب دوست می‌شود که با استفاده از محلول تریمتوکسیوتادسیلسیلان نگاره‌های آب گریز روی آن زده شده‌است. قلم زنی کاغذ صافی سیلانیزه شده توسط معرف قلم زنی با استفاده از یک ماسک کاغذی انجام می‌شود که با محلول NaOH نفوذ می‌کند (شامل ۳۰ درصد گلیسرول) و روی کاغذ آب گریز قرار می‌گیرد. این سبب می‌شود تا ناحیهٔ پوشیده شده با ماسک به یک ناحیه بسیار آب دوست تبدیل شود حال آن که ناحیه آب گریز به همان صورت باقی خواهد ماند. معایب مزایالوازم چاپ باید customize شوند این روش نیازی به تجهیزات و مواد گران‌قیمتی ندارد چاپ صفحه برای انجام الکترو شیمی دو قطبی، الکترودهای کربنی که به صورت مستقیم روی صفحه چاپ شده‌اند می‌توانند مورد استفاده قرار بگیرند. به علاوه دنباله‌ای از ۱۸ الکترود دو قطبی چاپ شده بر روی صفحه می‌توانند به صورت هم‌زمان توسط یک جفت الکترود کنترل شوند. معایب مزایاکانال‌های میکروفلوئیدیک با رزولوشن پایین دستگاه‌ها را با روشی ساده فراهم می‌آوردنیازمند صفحات چاپ مجزا برای انواع مختلف الگو هاست چاپ مومی‌شکل صفحه چاپ مومی شکل صفحه یک روش ساده و ارزان برای ساخت دستگاه‌های تحلیلی ریزسیال کاغذی است. روش سادهٔ ساخت آن شامل چاپ الگوهایی از موم روی سطح کاغذ با استفاده از یک روش سادهٔ چاپ صفحه است. همان‌طور که پیش تر مشاهده شد، موم یک مادهٔ ارزان قیمت است و می‌تواند از هر جایی تهیه شود؛ همین‌طور دوست دار محیط زیست است. مزیت بزرگ دیگر این روش در مقایسه با روش‌های پیشین، این است که فقط به یک پلیت داغ معمولی یا سطحی مشابه و یک صفحه معمولی چاپ که می‌تواند در هر جای جهان تولید شود، نیازمند است که این روش را به روشی عالی برای ساختµPADها در کشورهای در حال توسعه تبدیل می‌کند. معایب مزایا نیازمند شبکهٔ الگودار است صفحات چاپ ارزان قیمت اندبرای ساخت پروتوتایپ کافی نیست دوست دار محیط زیست است. با معضل تداخل مواد باقی‌مانده در کانال آب دوست پس از ساخت، مشکلی ندارد دستگاه‌های سه‌بعدی دستگاه‌های میکروفلوئیدیک کاغذی سه بعدی با قرار دادن لایه‌های کاغذ روی هم به وسیلهٔ چسب‌های دو طرفهٔ نفوذپذیر به آب تولید می‌شوند. دستگاه‌های کاغذی سه بعدی، هر میکرولیتر از حجم مایعات را از یک منفذ ورودی دریافت کرده و به نقاط شناسایی مختلف پخش می‌کنند؛ بنابراین انجام فرایندهای آنالیز جدید بدون پمپ خارجی را برای ما میسر می‌سازند. مایعات می‌توانند به صورت عمودی (بالا و پایین) و به سرعت بین لایه‌های کاغذ حرکت کنند. در نهایت لایه‌های استفاده شده در دستگاه‌های میکروفلوئیدیک کاغذی سه بعدی، می‌توانند به وسیلهٔ کاغذهای متفاوتی ساخته شوند و کاربردهای مختلفی که توسط انواع مختلف کاغذ ارائه می‌شود می‌توانند در یک دستگاه جمع شوند. استفاده نکردن از چسب همچنین گردآوری دستگاه را تسریع کرده و نیاز به برش لیزری را از بین می‌برد. | ## جمع‌بندی | دستگاه چند لایه با تا کردن‌های متوالی یک لایه کاغذ تهیه می‌شود که بدون استفاده از ابزارآلات خاص در کمتر از ۱ دقیقه صورت می‌پذیرد.