أدى التصغير التدريجي للترانزستورات من الأنابيب المفرغة إلى الرقائق الدقيقة إلى تصغير أجهزة الكمبيوتر من الآلات التي تشغل غرفًا بأكملها إلى الأجهزة التي تناسب جيوبنا. وعلى نحو مماثل، من المتوقع أن يؤدي تطور مجال المختبر على شريحة (lab-on-a-chip) إلى إحداث ثورة في التحليل الكيميائي والبيولوجي، من خلال تصغير المختبرات الكبيرة إلى شرائح ميكروفلويديك - شريحة تحتوي على قنوات تدفق صغيرة.
أدى التصغير التدريجي للترانزستورات من الأنابيب المفرغة إلى الرقائق الدقيقة إلى تصغير أجهزة الكمبيوتر من الآلات التي تشغل غرفًا بأكملها إلى الأجهزة التي تناسب جيوبنا. وعلى نحو مماثل، من المتوقع أن يؤدي تطور مجال المختبر على شريحة (lab-on-a-chip) إلى إحداث ثورة في التحليل الكيميائي والبيولوجي، من خلال تصغير المختبرات الكبيرة إلى شرائح ميكروفلويديك - شريحة تحتوي على قنوات تدفق صغيرة.
على الرغم من أن مفهوم المختبر على الرقاقة قد تم تقديمه منذ أكثر من 30 عامًا، إلا أن أنظمة الموائع الدقيقة الموجودة اليوم بعيدة كل البعد عن تحقيق هذه الرؤية. ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى حقيقة أن هذه الرقائق مصنوعة في الغالب من مواد مثل البوليمرات والزجاج حيث يتم قطع القنوات ذات الشكل المحدد مسبقًا. يسمح هذا الهيكل الصارم باستخدامها فقط للدور المحدد الذي تم إنتاجها من أجله. ولتغيير تطبيقها، يجب تغيير بنيتها المادية. كل هذا بعيد كل البعد عن المرونة الوظيفية التي ينبغي أن تميز أنظمة المختبر على الرقاقة.
وهنا تدخل الصورة مجموعة بحثية مشتركة من العلماء والمهندسين من كلية الهندسة الميكانيكية في التخنيون ومركز أبحاث IBM في زيورخ، بقيادة البروفيسور موران بيركوفيتش من كلية الهندسة الميكانيكية والدكتور جوفيند جايكلا من كلية الهندسة الميكانيكية. مركز أبحاث IBM في زيوريخ.
في مقال نشر الأسبوع الماضي في مجلة الأكاديمية الأمريكية للعلوم PNAS، قدم الباحثون نموذجًا جديدًا تمامًا: شريحة ميكروفلويديك يتم فيها توجيه السائل في قنوات افتراضية يتم التحكم فيها بواسطة المجالات الكهربائية. يتم التحكم في أنماط تدفق السائل إلكترونيًا، مما يجعل من الممكن التحكم في التدفق في أي وقت.
يوضح الدكتور فيديريكو بريتورا، المؤلف الرئيسي للمقال: "عندما يؤثر المجال الكهربائي على شحنات قريبة من السطح، فإنه يحركها ويسحب السائل معها". "باستخدام مجموعة من الأقطاب الكهربائية الموجودة في الجزء السفلي من خلية الموائع الدقيقة والتحكم في شحنتها الكهربائية، فإننا في الواقع نقوم بإنشاء مجموعة من الناقلات الصغيرة التي يمكننا التحكم فيها ديناميكيًا في اتجاهاتها وقوتها."
أظهرت المجموعة القدرة على توليد مجموعة واسعة من التدفقات وتغييرها في الوقت الحقيقي. وقالت فيسنا باتشيفا، التي وقعت المقال أيضًا: "الأمر المثير حقًا هو أنه بما أننا نؤثر على السائل من الداخل، فيمكننا أيضًا إنشاء تدفقات فريدة لا يمكن تحقيقها بالطرق التقليدية مثل مضخات الضغط". "على سبيل المثال، يمكننا مزج السائل في مناطق معينة دون تغيير التدفق حولها، أو العكس - إنشاء مناطق يقف فيها السائل ثابتًا بينما يتدفق كل شيء حولها."
يعتقد الباحثون أن التطور الحالي يمهد الطريق لإنشاء أنظمة تدفق دقيق يتم التحكم فيها ديناميكيًا، وقد يؤدي إلى نقلة نوعية في مجال المختبر على الرقاقة. تم تمويل البحث من قبل المفوضية الأوروبية (منحة ماري كوري) ومجلس البحوث الأوروبي (منحة ERC).
تعليقات 3
لم تكن الترانزستورات عبارة عن أنابيب مفرغة أبدًا.
من أكثر الدراسات المثيرة للاهتمام التي قرأتها مؤخرًا .....
التطبيق البيولوجي والكيميائي هو مجرد البداية...
مزيج من الاثنين يمكن أن يحدد مستوى توصيل المعدن السائل وبالتالي تمكين تطبيقات الحوسبة مع خفض المقاومة والاستهلاك الحالي... (رأي شخصي)
ينبغي تغيير صياغة "التصغير التدريجي للترانزستورات من الأنابيب المفرغة" لأن الأنابيب المفرغة ليست ترانزستورات.