Un laboratoire clé a réalisé une revue de la littérature

Feb 29, 2024

Institut de technologie de Pékin Press Co., Ltd

image : Microvalves actives et microvalves passives dans des puces microfluidiques. (A) Structure typique de la microvalve active : bras coulissant. Les structures PDMS contiennent un canal de guidage et un canal fluidique et ont été liées à une surface planaire PDMS. (B) Principe de fonctionnement de la vanne à manchon. (C) Principe de fonctionnement de la microvanne à changement de phase. (D) Principe de fonctionnement de la microvanne à bulles chaudes.Voir plus

Crédit : Espace : science et technologie

L'utilisation de l'environnement spatial pour mener des recherches en sciences de la vie revêt une grande importance pour les questions affectant l'apparition et le développement de la vie sur Terre par les vols spatiaux et l'environnement spatial ; cependant, il existe des limites dans les manipulations complexes, les modèles de recherche basés sur des expériences de culture cellulaire de mammifères et en 2D, etc. Les puces microfluidiques, également connues sous le nom de « laboratoire sur puce (LOC) », intègrent les fonctions connexes des laboratoires traditionnels sur un micron. -puce de niveau avec une faible consommation d'énergie, un débit élevé et une automatisation, qui peut réaliser une opération expérimentale à long terme, ainsi que l'enregistrement et la transmission de données à distance, surmontant ainsi les défis des environnements spatiaux, les ressources expérimentales rares et les problèmes de fonctionnement sans pilote pour certains étendue. Pour mener des recherches connexes avec des puces microfluidiques, l’actionnement et le contrôle de la microfluidique sont très importants. Dans un article de synthèse récemment publié dans Space: Science & Technology, des chercheurs du Laboratoire clé de séparation et d'analyse en biomédecine et produits pharmaceutiques de Pékin, de l'École des sciences de la vie de l'Institut de technologie de Pékin, ont discuté et résumé en détail les progrès des systèmes actionnés et contrôlés microfluidiques et l'application potentielle et les défis de la science spatiale.

Tout d’abord, le développement actuel des technologies actionnées et contrôlées microfluidiques est résumé. Dans la puce microfluidique, les micropompes qui jouent le rôle de transmission et de distribution du flux de fluide sont principalement divisées en deux catégories, les micropompes mécaniques (agissant sur une structure de la puce) et les micropompes non mécaniques (entraînant directement le fluide). Les micropompes mécaniques transfèrent et contrôlent les microfluides par les pièces mécaniques mobiles, dont les représentants sont la micropompe à diaphragme, la micropompe à piston, la micropompe à engrenages planétaires, la micropompe pneumatique, la micropompe électrique, la micropompe piézoélectrique et la micropompe à entraînement optique, de conception et de fonctionnement simples mais limitées par déformation et fragilité du film, processus de fabrication complexe, coût élevé, mauvaise fiabilité et intégration difficile. Les micropompes non mécaniques reposent sur divers effets physiques ou chimiques pour convertir une partie de l'énergie non mécanique en énergie cinétique pour entraîner le fluide, dont les représentants sont la micropompe électroosmotique, la micropompe magnétohydrodynamique, la micropompe à bulles, la micropompe capillaire et l'onde acoustique de surface (SAW). ) micropompe, ayant un certain degré de stabilité lors de la fabrication mais nécessitant des circuits de commande complexes, des équipements externes et une puissance supplémentaire pendant le fonctionnement. La microvalve est un élément de contrôle du débit de fluide, généralement situé à l'avant du nœud d'entrée du système et du nœud de canal. La microvalve est divisée ici en valve active et valve passive. La vanne active ne repose pas sur la conversion d'énergie mais agit directement sur l'interrupteur du fluide, comme la paroi coulissante et les vannes à manchon. La microvanne passive est principalement affectée par la fréquence d'action de la chambre de pompe, pour contrôler la direction d'écoulement et la pression du fluide, comme la microvanne à changement de phase, la microvanne à bulles chaudes et la microvanne à fluide magnétique. Ces dernières années, une attention croissante a été accordée à la combinaison de différentes méthodes pour surmonter les inconvénients d’un mécanisme microfluidique actionné ou contrôlé unique.

Ensuite, les applications des puces ou des systèmes microfluidiques dans des conditions spatiales de simulation ou dans certaines aérospatiales spécifiques ont été brièvement discutées. En microgravité simulée, Michel et al. ont indiqué que la plate-forme LOC entièrement en verre peut être mise en œuvre avec succès pour la culture de cellules humaines formant de la kératine et de cellules de mélanome cutané, Yang et al. ont découvert qu'au début de la germination des graines, la réponse du facteur de croissance était considérablement réduite après la suspension des graines, Wang et al. ont construit une analyse des dommages causés par la microgravité sur Cryptobacterium hidradenum, et Yew et al. a développé un système de clinorotation LOC pour répondre au besoin de suivi à court terme des réponses cellulaires et d'établissement d'environnements fluidiques dynamiques. Certains pays ont successivement mené des projets de recherche en sciences de la vie spatiale basés sur des puces microfluidiques, comme la mission STS-116 (lancement de la première micropuce capable de détecter les bactéries à Gram négatif dans l'espace), le vaisseau spatial « Foton-M3 » (faible Tests en orbite terrestre), rHEALTH (conception d'un dispositif à puce microfluidique réutilisable destiné à surveiller la santé des astronautes lors de longs vols dans l'espace), CubeSat (une validation significative non seulement des systèmes LOC mais aussi de centrifugeuses miniatures à g variable fonctionnant dans CubeSat en vol libre ), le premier organe spatial sur puce financé par les National Institutes of Health, BioSentinel (un exemple de microsystèmes bioanalytiques autonomes) et la charge utile modulaire de puce de laboratoire de l'ISRO. Entre-temps, l'équipe de recherche mène depuis plus de 10 ans des recherches sur les sciences de la vie dans l'espace basées sur des puces microfluidiques et a réalisé avec succès plusieurs lancements spatiaux. En résumé, la recherche spatiale en sciences de la vie nécessite des plates-formes de détection hautement intégrées, automatisées et fonctionnellement diverses, et les puces microfluidiques présentent des avantages uniques.