70 / 116
הקדמה
כפי שמהפכת המיקרו-אלקטרוניקה שינתה
את הדרך שרכיבים אלקטרונים מיוצרים,
ניתן לראות התפתחות דומה במדעי החיים
עם טכנולוגית "מעבדה-על-שבב", או מיקרו-
30
), שפותחה כבר לפני
microfluidics
זרימה (
שנה, העוסקת בטיפול ומניפולציה של כמויות
זעירות של נוזלים. ראינו התקדמות עצומה
של הטכנולוגיה שהתחילה כ"טכנולוגיה
המחפשת בעיה" והפכה לטכנולוגיה
מאפשרת. בימינו אלה, כמעט אין מוצר
בפיתוח, בתחום הדיאגנוסטיקה והאנליזה
המדעית, שלא מערב טכנולוגיה זו.
מספר נושאים דוחפים את מסחור
הטכנולוגיה, והם:
החוקים הפיזיקליים הבסיסיים
.1
שמעדיפים מיזעור, כמו דיפוזיה והעברת
חום. עובדה זאת גם תורמת לקיצור זמן
הדיאגנוזה לדקות לעומת שעות או אף ימים.
המחיר והכמות הכוללת של ריאגנטים
.2
במדעי החיים הם לעיתים נושא קריטי.
בעזרת הקטנת נפח הנוזלים, המחיר יורד.
לעיתים גם לא ניתן לעבד חומרים נדירים
כאלו בכמויות גדולות יותר.
אלמנטים רבים בביולוגיה, כמו תאים,
.3
(מעבדה-על-שבב) – מקדם
Lab-on-a-Chip
טכנלולוגית
עיקרי למדעי החיים ודיאגנוסטיקה
כלי דם, בקטריות, וכולי, הן בגודל המתאים
בדיוק לטכנולוגית ייצור זאת, מה שגורם
להתאמה אידאלית בין טכנולוגיות ייצור
ליישומים.
הגיאומטריות המדוייקות של מערכות
.4
ממוזערות כאלו, ביחד עם יחס שטח-נפח
גבוה, הופך את הסביבה שבה הנוזל נמצא,
לאידאלית מבחינת שליטה על הנוזל.
טכנולוגית מיקרו-זרימה מאפשרת
.5
אוטומטיזציה בתהליכים מעבדתיים
מסובכים, שלעיתים יש בהם הרבה שלבים
ידניים, כגון שימוש בפיפטה, העברת
נוזלים וכולי, מה שמוריד את המחיר והזמן
להשלמת התהליך. כמו כן, מוריד את הסיכון
לטעויות בהליך.
שילוב מעשי של הטכנולוגיה
אחד מהזרזים החשובים בשנים האחרונות,
הוא היכולת להעביר תהליכים אנליטיים או
דיאגנוסטיים מורכבים לרכיב מיקרו-זרימה
בודד.
ניתן לראות שלבים אופייניים
1 '
באיור מס
המיושמים במהלך פיתוח של רכיב מיקרו-
זרימה.
בשלב ראשון הדגימה צריכה להגיע למכשיר
דרך נקודת חיבור מתאימה. כיוון שסוג
Holger Becker, Claudia Gärtner – microfluidic ChipShop GmbH
הדגימה יכול להיות שונה (ביופסיה, רוק,
שתן, דם וכו'), נקודת החיבור צריכה להתאים
במדיוק לסוג הדגימה. חיבור העולם החיצוני
לשבב, לעיתים מוזנח במהלך פיתוח המכשיר.
השלב הבא בפיתוח מתמקד בתהליך הכנת
) של
lysis
הדגימה, כמו ניזול הדגימה, תמוגה (
, ריכוז או מיהול
DNA
/
RNA
התאים, הוצאת
וכו'. תהליכים אלו נעשו עד כה מחוץ לשבב
מפאת סיבוכיות התהליך. הכנסת שלבים אלו
לשבב מהווה את האתגר הגדול ביותר
בפיתוח. בנוסף, שלבים רבים דורשים דיוק
גבוה של נפח הדגימה, זמן, וסדר הפעולות.
לכן, דרישה ספיציפית בפיתוח מיזעור תהליך
)
Assay
האנליזה דורשת את יציבות התהליך (
ככל האפשר. לעיתים קרובות השלב הבא
בתהליך, מערב הגברה של המולקולות הרצויות,
iPCR
על ידי שימוש בתהליכים מקובלים כגון
.
)isothermal polymerase
chain
reaction(
זאת על מנת להגדיל את כמות המולקולות
הרצויות וכך לקבל גילוי מובחר ורגישות
יותר טובה. השלב הבא הוא בדרך כלל הפרדה
של רכיבים לא רצויים מהדגימה, על ידי
אלקטרופורזיס, כרומטוגרפיה, או מכניזמים
אחרים לסינון.
השלב האנליטי האחרון הוא הגילוי. בעוד
שבמערכות מעבדתיות גדולות יותר, גילוי
MEDICAL
מוסף מיוחד
New-Tech Magazine l 70