Лаборатории-на-кристалле

ЛАБОРАТОРИИ-НА-КРИСТАЛЛЕ

Под термином «лаборатория-на-кристалле» понимается миниатюрное устройство, предназначенное для проведения различных химических и физических процессов со сверхмалыми объемами и количествами веществ неорганической и органической природы, находящихся в жидком или газообразном состоянии, с высокой степенью локализации воздействия .

Типичные размеры элементов  лабораторий составляют от нескольких микрометров до нескольких миллиметров, а типичная скорость перекачки жидкости – от нескольких микролитров до десятков миллилитров в минуту.

Основное применение данные микросистемы находят в медицине (химический анализ жидкостей, крови, ДНК; системы дозирования и ввода  различных лекарственных препаратов) .

Лаборатории-на-кристалле  по сравнению с традиционными системами анализа имеют следующие преимущества :

– малое время отклика. Микролаборатория с высокой скоростью позволяет доставлять малые объемы анализируемого вещества в область реакции, изменять его физические и химические характеристики (нагревать/охлаждать, смешивать с другими веществами) и далее доставлять продукты реакции в область анализатора;

– низкие потери. Интегральное исполнение лабораторий позволяет снизить потери в потоках реагентов и продуктов реакции. Это является важной характеристикой этих устройств при работе с опасными или дорогими реагентами, а также при дозировке лекарственных препаратов;

– высокое значение отношения площади поверхности к объему жидкости. Данное свойство позволяет эффективно смешивать жидкие реагенты или обеспечивать большую площадь реакции с реагентом в твердом состоянии, а также улучшать теплопередачу для нагревания или охлаждения анализируемых веществ и обеспечивать возможность эффективного контроля температурного режима реакций.

Состав каждой лаборатории-на-кристалле определяется ее назначением.

При изготовлении лабораторий  в основном нашли применения LIGA-технология, технология объемной микрообработки кремния, жидкостное химическое травление стекла и сухие пленочные фоторезисторы. Данные технологии позволяют снизить стоимость различных подсистем и изготавливать одноразовые подсистемы лабораторий, предназначенные для работы с образцами при диагностике опасных заболеваний (СПИД, гепатит и т.д.)

Также важной особенностью при изготовлении лабораторий-на-кристалле является выбор подложки, которая должна удовлетворять следующим требованиям :

– химическая инертность по отношению к анализируемым веществам, реагентам и продуктам реакции;

– возможность реализации в подложке канала с микронными размерами;

– высокие диэлектрические свойства.

Несмотря на преимущества лабораторий-на-кристалле перед  традиционными системами анализа  веществ, при проектировании данных микросистем также возникают  некоторые проблемы. Уменьшение размеров подсистем лабораторий приводит к возникновению трудностей при моделировании как механических, так физических и химических процессов, происходящих в микросистеме.