Lab on a chip

Archiu:Lab on a Chip (7788250170).jpg

Lab on a chip

Un "lab on a chip" (LOC) és un dispositiu que integra una o vàries funcions pròpies d'un laboratori en un únic chip les dimensions del qual van des de solament uns milímetros fins a uns pocs centímetros quadrats.

Un lab on a chip permet el maneig de volums de decorreguts extremadament menuts, inclús més baix de l'orde de picolitros, sent una ferramenta fonamental per a l'alvanç de la microfluidica. Els dispositius lab-on-a-chip són un subconjunt dels dispositius MEMS i a voltes també indicats com a “sistemes de microanálisis total” (µTAS). El terme microfluidos s'usa per a descriure dispositius de control de fluix bombes i vàlvules o sensors com a fluix-metros i visco-metros. No obstant, es considera estrictament “lab-on-a-chip”, generalment indicant, el escalamiento de processos únics o variats baix el format d'un chip mentres que “µTAS” és usat per a l'integració de seqüències totals de processos de laboratori per a realisar anàlisis químics.

Profundisant en l'orige dels térmens "lab-on-a-chip" i "µTAS", el concepte "μTAS" va ser introduït i desenrollat a partir de la modificació del concepte de sistema d'anàlisis total (TAS) per mig de la disminució de l'escalat i integració de les seues múltiples etapes (injecció, reacció, separació, detecció) en un únic dispositiu, donant lloc a un sistema de prestacions similars a un sensor en temps de resposta ràpit, baix consum de mostra, funcionament in situ, i alta estabilitat. Posteriorment, es va introduir el terme “lab‐on‐a‐chip” per a aünar el fet de que en estos dispositius no solament es podien portar a terme tasques analítiques sino també atres tals com la síntesis de composts i el control de reaccions químiques. Actualment, cada u dels térmens mencionats anteriorment s'utilisa de manera indistinta.

Història

Després de l'invenció de la microtecnología (1954) per a la realisació d'estructures semiconductoras integrades per als chips microelectrónicos, esta tècnica basada en litografia també va ser aplicada pronte per a la manufacturación de sensors de pressió. Degut alvances més d'estos usualment llimitats processos de llimitació CMOS, ”una caixa de ferramentes” capaç de crear estructures mecàniques en forma de waffers de silici, del tamany de micrómetros o submicrómetros: Sistema micro electromecànic MEMS (per les seues sigles en anglés MEMS), que la seua era havia començat.

Després del desenroll dels sensors de pressió, sensors de airbags i atres estructures mecàniques mòvils varen ser desenrollats dispositius de maneig de decorreguts. Eixemple d'això varen ser canals (conexions capilars), mezcladores, bombes i dispositius de dosificació. El primer sistema d'anàlisis LOC, va anar un gas cromatografía, desenrollat en 1979 per S.C. Terry, en l'universitat de Stanford. No obstant, solament fins al final de 1980’s i començos de1990’s, l'investigació de el LOC va començar a créixer sériament en pocs grups en Europa en el desenroll de micro-bombes sensors de decorregut i el concepte per a sistemes d'anàlisis de tractament de decorreguts. Estos µTAS conceptes varen demostrar que l'aplicació de passos pretratamiento, usualment fet en laboratoris a escala, pot estendre la funcionalitat d'un sensor simple cap a un complet anàlisis incloent, per eixemple passos adicionals de neteja i separació.

Un gran impuls en l'investigació i interés comercial vi en ment en 1990’s quan la tecnologia µTAS va resultar proporcionant ferramentes per a aplicacions de la genómica, com electroforesis capilar i micromatrices de ADN. Un atre gran impuls per a l'investigació va vindre de desenroll militar, específicament de DARPA, per les seues sigles en anglés (Agència d'investigació de proyectes alvançats de defensa), pel seu interés en sistemes portables de guerra de detecció d'agents bioquímics. El valor agregat no es va llimitar solament a l'integració de processos d'anàlisis de laboratori, sino també les possibles característiques dels components individuals a atres processos, distint a l'anàlisis de laboratori.

Encara que l'aplicació de el LOC és encara nova i modesta, un interés creixent de companyies i grups d'investigació aplicada és observat en diferents camps, com l'anàlisis (eixemple: anàlisis químic, monitoreo ambiental i diagnòstic mèdic), també síntesis química (eixemple: detecció ràpida i micro-reactors per a farmacèutiques). Ademés del desenroll de més aplicacions, l'investigació en sistemes LOC, s'espera estendre a escales més baixes de maneig d'estructures de decorreguts, usant nanotecnología. Canals de tamany sub-micrométricos i nanométricos, llaberints de ADN, detecció i anàlisis d'una sola cèlula i nano-sensors, podrien ser factibles, permetent nous camins d'interacció en espècies biològiques i grans molècules. Varis llibres que cobrixen aspectes d'estos dispositius han segut escrits, incloent transport de decorregut, propietats del sistema i aplicacions bio-analítiques.

Materials i tecnologies de fabricació del chip

La base per a la fabricació de la majoria dels LOC, és el procés de fotolitografía. Inicialment, la majoria dels processos era en silici, com estes ben desenrollades tecnologies varen ser directament derivades de la fabricació de semiconductors. A causa de la demanda, per eixemple, característiques òptiques especials, compatibilitat bio o química, nous processos de baix cost i desenroll ràpit de prototips, han segut desenrollats processos tals com: vidre, ceràmica i metals aiguafort, deposición i unió i processament polidimetilsiloxano (PDMS) (eixemple litografia suau), gruixa de película i esterolitografía, de la mateixa manera que métodos de replicació ràpida via galvanoplàstia, model per injecció i gravat en relleu. Ademés, els camps dels dispositius LOC excedixen més i més les vores entre litografia basada en tecnologia de microsistemas, nanotecnología i ingenieria de precisió. Finalment, el desenroll de dispositius LOC usant Printed Circuit Board (PCB) com a substrat és una alternativa interessant per les següents característiques diferenciadoras: disponibilitat comercial de substrats en electrònica, sensors i actuadors integrats; possibilitat de fabricar dispositius desechables pel baix cost, i alt potencial de comercialisació. A estos dispositius se'ls coneix pel nom de Lab on PCB (LOP)