„Naukowcy z Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk w Warszawie jako pierwsi na świecie skonstruowali układ mikroprzepływowy pozwalający kontrolować łączenie, transport i dzielenie mikrokropel” – informuje w przesłanym PAP komunikacie IChF PAN.

Chemicy od lat marzyli, by operacje, które wykonuje się z dużymi ilościami substancji wewnątrz kolb – jak dolewanie, mieszanie, odlewanie – można było realizować także w mikroskali. Pierwszy układ mikrofluidyczny zdolny do przeprowadzenia wszystkich typowych operacji z substancjami chemicznymi zaprezentowano jednak dopiero teraz.

Zobacz również:

• Nie znam firmy, której strategia nie byłaby dziś cyfrowa - rozmowa z Andrzejem Zającem, Prezesem Zarządu Integrated Solutions

Urządzenie, skonstruowane przez naukowców kierowanych rzez dr. hab. Piotra Garsteckiego z IChF PAN, jest tak precyzyjne, że w pojedynczych mikrokroplach pozwala prowadzić ściśle kontrolowane reakcje chemiczne, ale nawet hodować kolonie bakterii.

Jak informują specjaliści IChF PAN, możliwość hodowania bakterii w pojedynczych mikrokroplach ma ogromne znaczenie praktyczne dla medycyny. Coraz więcej lekoopornych szczepów bakteryjnych występuje nawet poza szpitalami. Tymczasem poszukiwania nowych, skutecznych leków przeciwbakteryjnych wymagają przeprowadzenia nawet dziesiątków tysięcy eksperymentów z antybiotykami podawanymi w różnych stężeniach. Wykonywane tradycyjnymi metodami, doświadczenia te trwają bardzo długo i są niezwykle kosztowne.

„Typowe chemostaty do hodowania i badania bakterii mają wielkość kilkulitrowych bioreaktorów, są więc duże i nieporęczne. Wymagają przy tym sporej liczby połączeń, mieszadeł, zasilania. Kłopoty sprawia ich czyszczenie. W przypadku hodowania bakterii w naszych mikrokroplach wszystkie te problemy znikają” - mówi doktorant Tomasz Kamiński z IChF PAN.

Dr Garstecki wyjaśnia, że naukowcy w IChF PAN każdą mikrokroplę potrafią przekształcić w prawdziwy bioreaktor. „W praktyce na jednej małej płytce możemy więc mieć nawet kilkaset bioreaktorów, w każdym inne, kontrolowane stężenie antybiotyku, inny antybiotyk, a nawet inny gatunek bakterii” - podkreśla kierownik zespołu.

Używane do tej pory układy mikroprzepływowe są budowane z płytek polimerowych o rozmiarach porównywalnych do karty kredytowej lub mniejszych. Wewnątrz układów, przez kanaliki o średnicach równych dziesiątych lub setnych części milimetra, płynie ciecz nośna - najczęściej olej. W niej unoszą się mikrokrople właściwych substancji. Za pomocą jednego układu mikroprzepływowego można przeprowadzić nawet kilkadziesiąt tysięcy różnych reakcji chemicznych dziennie.

Dotychczasowe układy mikroprzepływowe miały poważną wadę: nie pozwalały prowadzić i kontrolować długich procesów, wymagających dokonywania tysięcy operacji na każdej z setek mikrokropel. Ograniczenie uniemożliwiało m.in. długotrwałą hodowlę mikroorganizmów. Zapewnienie bakteriom normalnych warunków rozwoju wymaga regularnego doprowadzania substancji odżywczych do ich otoczenia oraz usuwania z niego metabolitów.

„Zbudowany przez nas układ mikroprzepływowy jako pierwsze tego typu urządzenie na świecie pozwala do każdej z setek krążących w nim mikrokropel dodawać i z każdej pobierać precyzyjnie odmierzoną ilość płynu” - stwierdza dr Garstecki.

Mikroukład z IChF PAN składa się z dwóch odnóg mikrokanałów, uformowanych w gęste zygzaki. W mikrokanałach może krążyć nawet kilkaset kropel, w odległości około centymetra jedna od drugiej. Mikrokrople przemieszczają się wahadłowo z jednej odnogi do drugiej.

„W drodze między odnogami kropelki przepływają przez układ kanałów, w którym możemy z każdej z nich pobrać odrobinę płynu lub odrobinę dodać, zależnie od potrzeb. Jako jedyni potrafimy to zrobić niezależnie od kierunku ruchu kropli, dzięki odpowiednim zmianom przepływów na skrzyżowaniach mikrokanałów” - wyjaśnia dr Sławomir Jakieła z IChF PAN.

Każda z kropel krążących w układzie mikrofluidycznym ma własny, unikatowy identyfikator, przyporządkowany przez układ optoelektroniczny. Dzięki temu naukowcy w każdej chwili mają kontrolę nad tym, jakie operacje przeprowadzono na każdej z mikrokropel.

Rozwiązania związane z dzieleniem mikrokropel są objęte patentami międzynarodowymi.Prace naukowe opisujące układ do hodowli bakterii zostały właśnie opublikowane w jednym z najbardziej prestiżowych czasopism chemicznych, „Angewandte Chemie International Edition”.

autor: PAP, źródło: http://www.naukawpolsce.pap.pl