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mwawmwbaLab-on-a-chip (LOC) è un termine per un dispositivo che integra funzioni multiple che si possono svolgere in mwbqlaboratorio in un singolo mwbgchip che va da pochi mwbwmillimetri a qualche mwcacentimetro mwcqquadrato di grandezza ed è capace di trattare volumi di mwcgfluidi estremamente piccoli, sotto i mwcwpicomwdalitri. I dispositivi mwdqLab-on-a-chip sono un sottogruppo dei dispositivi mwdgMEMS (dall'inglese mwdwMicro Electro Mechanical Systems) e spesso indicati anche come mweaMicro Total Analysis Systems (µTAS). Microfluidica è un termine generale che descrive anche dispositivi di controllo di mweqmeccanica dei fluidi come mwegpompe e mwewvalvole o mwfasensori come mwfqflussometri e mwfgviscosimetri. Tuttavia, con il termine "mwfwLab-on-a-Chip" si indica generalmente la misurazione di un singolo o un multiplo processo di laboratorio con un semplice mwgachip, mentre "µTAS" si dedica all'integrazione di tutte le sequenze di processi di laboratorio per fare mwgqanalisi chimiche. Il termine "mwggLab-on-a-chip" fu introdotto più tardi quando si dimostrò che era possibile applicare le tecnologie µTAS in maniera più ampia che per soli scopi di analisi.

• Storia

• Materiali e fabbricazione

• Vantaggi

• Svantaggi

• Esempi di utilizzo dei LOC

• Note

• Bibliografia

• Voci correlate

• Altri progetti

• Collegamenti esterni

• Laboratori

Dopo la scoperta della microtecnologia (mwhg1958) per realizzare strutture integrate di mwhwsemiconduttori per mwiachip microelettronici, queste tecnologie basate sulla tecnologia mwiqlitografica elettronica furono presto applicate nei mwigsensori di pressione nel campo manifatturiero. Nuovi sviluppi di queste tecnologie, una scatola di strumenti divenne disponibile per creare strutture meccaniche in mwiwsilicio nell'mwjaordine di grandezza dei mwjqmicrometri o ancor più piccole: l'era dei mwjgMicro Electro Mechanical Systems (MEMS) era cominciata.

I dispositivi di trattamento dei fluidi furono sviluppati dopo i sensori di pressione e altre strutture meccaniche mobili. Esempi: canali (collegamenti capillari), mwkamiscelatori, valvole, pompe e dispositivi dosatori. Il primo sistema di analisi su tecnologia mwkqLab-on-a-chip fu un mwkggas-cromatografo, sviluppato nel mwkw1975 da S.C. Terry alla mwlaStanford University. Tuttavia, solo alla fine degli anni ottanta e all'inizio degli anni novanta, la ricerca sui mwlqLab-on-a-chip iniziò a crescere seriamente grazie a qualche gruppo di ricercatori sviluppò micropompe, sensori di flusso e il concetto del trattamento integrato dei fluidi per i sistemi di analisi. Questi concetti µTAS dimostrarono che l'integrazione dei passi di pretrattamento, normalmente fatti in laboratorio, avrebbe potuto estendere le semplici funzionalità dei sensori fino ad analisi complete di laboratorio, includendo passi addizionali di pulizia e separazione.

Una grande spinta nella ricerca e negli interessi commerciali arrivò nella metà del 1990, quando le tecnologie µTAS riuscivano a provvedere strumenti interessanti per le applicazioni mwlwgenomiche, come l'mwmaelettroforesi capillare e il mwmqDNA mwmgmwmwmicroarray. Un contributo all'impulso della ricerca venne anche dalle forze armate, specialmente dal mwnaDARPA (mwnqDefense Advanced Research Projects Agency), per il loro interesse nei sistemi portatili di rilevamento di agenti bio-chimici durante le guerre. Il valore aggiunto non era solo limitato all'integrazione di processi di laboratorio per le analisi ma anche per le possibilità di applicare elementi individuali ad altri processi (mwngnon-analysis).

Tuttavia l'applicazione di LOCs è ancora nuova e umile, un interesse crescente di compagnie e gruppi di ricerca applicati è osservato in campi differenti come analisi (analisi chimiche, monitoraggio dell'ambiente, mwoadiagnosi mediche e mwoqcellomicscite-ref-1[1]), ma anche in chimica sintetica (test rapidi e microreattori per la mwpgfarmaceutica). A parte ulteriori sviluppi di applicazioni, si pensa che la ricerca nei sistemi LOC possa espandersi fino a ridurre le strutture di trattamento dei fluidi usando la mwpwnanotecnologia. Nano-canali, labirinti di DNA, rilevamento delle singole cellule e nano sensori possono essere fattibili e dare la possibilità a nuovi tipi di interazione con le specie biologiche e le grandi molecole. Un esempio di successo per i LOCs nelle scienze della vita è lo sviluppo di mwqaautomated patch clamp chipscite-ref-2[2], che danno la possibilità di incrementare drasticamente i risultati per i test sui farmaci nelle industrie di questo settore.

La base per la maggior parte dei processi di fabbricazione dei LOC è la litografia. Inizialmente la maggior parte dei processi erano in silicio, dato che queste tecnologie ben sviluppate erano direttamente derivate dalla mwrwfabbricazione dei semiconduttori. Data la richiesta di caratteristiche ottiche specifiche, mwsabiocompatibili o chimico compatibili, minori costi di produzione e più veloce fase di prototipazione, nuovi processi sono stati sviluppati come incisione del mwsqvetro, mwsgceramica e mwswmetallo, mwtadeposition e mwtqbonding, processi PDMS (mwtgpolidimetilsilossano), mwtwthick-film e mwuastereolitografia allo stesso modo di metodi di replicazione veloce via mwuqelectroplatingcite-ref-3[3], mwvginjection molding (formatura) e mwvwembossing (stampaggio). Per di più il campo dei LOC supera sempre più i confini tra la tecnologia dei microsistemi basati sulla litografia, nanotecnologia e ingegneria di precisione.

Un dispositivo LOC può provvedere vantaggi, molto specifici per le loro applicazioni. Tipici vantaggi sono:

• Consumo di bassi volumi di fluido, dato il piccolo volume interno del mwxachip, che è benefico per l'inquinamento dell'ambiente (minor spreco), minor costo di reagenti costosi e meno fluido campione è usato per la diagnosi.

• Migliori analisi e velocità di controllo del mwxgchip e miglior efficienza dovuto ai brevi tempi di mwxwmixaggio (basse distanze di diffusione), veloce riscaldamento (basse distanze, alto rapporto tra la superficie e il volume del fluido, basse capacità di energia).

• Miglior controllo del processo a causa di una più veloce risposta del sistema (controllo di temperatura per reazioni chimiche esotermiche).

• Compattezza del sistema, dovuto alla grande integrazione delle funzionalità e piccoli volumi.

• Enorme parallelizzazione dovuto alla compattezza, che rende possibili analisi ad alto output.

• Costi di fabbricazione minori, con la possibilità di produrre mwzachips usa e getta a basso costo, fabbricati con produzione di massa.

• Piattaforma più sicura per studi chimici, radioattivi o biologici vista la grande integrazione delle funzionalità e minori volumi di fluido da immagazzinare ed energie.

Gli svantaggi associati ai dispositivi mwaaLab-on-a-chip sono:

• Nuova tecnologia, pertanto non ancora completamente sviluppata.

• Effetti fisici come le forze di capillarità e gli effetti chimici delle superfici dei canali diventano dominanti e portano i sistemi LOC a comportarsi differentemente e ogni tanto in maniera più complessa delle strumentazioni di laboratorio convenzionali.

Esempi di utilizzo dei dispositivi mwbgLab-on-a-chip sono:

• mwcqReal-time mwcgPCR; rilevare mwcwbatteri, mwdavirus e mwdqtumori.

• mwdwImmunoassaycite-ref-4[4]; rilevare batteri, virus e tumori basati sulle reazioni mwfaantigene-mwfqanticorpo.

• mwfwDielettroforesi per rilevare cellule tumorali e batteri

• Preparazione di campioni di mwgqsangue; può rompere cellule per estrarre il mwggDNA

• LOC cellulari per analisi di cellule singole.

cite-note-11. ↑ Studio del mwigcellome. In italiano "celloma": l'insieme di molecole e delle loro interazioni in una mwiwcellula. (Vedi mwjahttp://cassandra.bio.uniroma1.it/~oliva/teaching/lez8.pdf mwjqArchiviatomwjg il 6 maggio 2006 in mwjwInternet Archivemwka.)

cite-note-22. ↑ mwlq(mwlgmwlwENmwma) mwmqAnalisi mwmgPatch-Clamp mwmwArchiviatomwna il 31 marzo 2010 in mwnqInternet Archivemwng.

cite-note-33. ↑ Tecnica di deposizione di sottili strati di metalli mediante mwowelettrolisi. Vedi mwpaGalvanica.

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• mwsw(EN) mwtaLiving La Vida LOC(a): A Brief Insight into the World of "Lab on a Chip" and Microfluidics - A review from the Science Creative Quarterly

• mwuaMEMS - mwuqMicro Electro-Mechanical Systems

• mwuwNanotecnologie

• mwvqMiniaturizzazione

Altri progetti

• Wikimedia Commons

• Wikimedia Commons contiene immagini o altri file su Lab-on-a-chip

• mwww(EN) mwxaLiving La Vida LOC(a): A Brief Insight into the World of "Lab on a Chip" and Microfluidics – Rivista trimestrale di Scienza innovativa

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