Først og fremmest opsummeres den nuværende udvikling af mikrofluidisk aktiverede og kontrollerede teknologier. Inden for mikrofluidiske chip er mikropumper, der spiller en rolle i transmission og distribution af væskestrøm, primært opdelt i to kategorier: mekaniske mikropumper (der virker på en del af chippens struktur) og ikke-mekaniske mikropumper (der driver væsken direkte). Mekaniske mikropumper overfører og styrer mikrofluider via mekaniske bevægelige dele, som er repræsentative: membranmikropumper, stempelmikropumper, planetgearmikropumper, pneumatiske mikropumper, elektrisk relaterede mikropumper, piezoelektriske mikropumper og optisk drevne mikropumper. De er enkle i design og drift, men begrænset af filmdeformation og sprødhed, kompleks fremstillingsproces, høje omkostninger, dårlig pålidelighed og vanskelig integration. Ikke-mekaniske mikropumper er afhængige af forskellige fysiske eller kemiske effekter for at omdanne noget ikke-mekanisk energi til kinetisk energi for at drive væsken. Repræsentanter for disse er elektroosmotisk mikropumpe, magnetohydrodynamisk mikropumpe, boble-type mikropumpe, kapillær mikropumpe og overfladeakustisk bølge (SAW) mikropumpe, der har en vis grad af stabilitet under fremstilling, men kræver komplekse drivkredsløb, eksternt udstyr og ekstra strøm under drift. Mikroventilen er et kontaktstyrende element for væskestrømning, som normalt er placeret foran systemets indløbsknude og kanalknude. Mikroventilen er opdelt i den aktive ventil og den passive ventil. Den aktive ventil er ikke afhængig af energiomdannelse, men virker direkte på væskens kontakt, såsom glidevægs- og klemmeventiler. Den passive mikroventil påvirkes hovedsageligt af pumpekammerets aktionsfrekvens for at styre væskens strømningsretning og tryk, såsom faseændringsmikroventil, varmboble-mikroventil og magnetisk væskemikroventil. I de senere år er der blevet lagt stigende vægt på at kombinere forskellige metoder for at overvinde manglerne ved en enkelt mekanismebaseret mikrofluidisk aktiveret eller styret.
Derefter blev anvendelser af mikrofluidiske chips eller systemer under simulerende rumlige forhold eller specifik rumfart kort diskuteret. Under simuleret mikrogravitation indikerede Michel et al., at LOC-platformen i helglas kan implementeres med succes til dyrkning af humane keratindannende celler og hudmelanomceller. Yang et al. fandt, at vækstfaktorresponsen i det tidlige stadie af frøspiring var signifikant reduceret efter frøsuspension. Wang et al. konstruerede en analyse af mikrogravitationsskader på Cryptobacterium hidradenum, og Yew et al. udviklede et LOC-klinorotationssystem for at imødekomme behovet for korttidssporing af cellulære responser og etablering af dynamiske fluidiske miljøer. Nogle lande har med succes udført forskningsprojekter inden for rumvidenskab baseret på mikrofluidiske chips, såsom STS-116-missionen (opsendelse af den første mikrochip, der er i stand til at detektere gramnegative bakterier i rummet), "Foton-M3"-rumfartøjet (test i lav jordbane), rHEALTH (design af en genanvendelig mikrofluidisk chip-enhed, der er beregnet til at overvåge astronauters helbred under lange rumflyvninger), CubeSat (en betydelig validering ikke kun af LOC-systemer, men også af miniature-centrifuger med variabel g, der opererer i fritflyvende CubeSat), den første rumorgan-på-chip finansieret af National Institutes of Health, BioSentinel (et eksempel på autonome bioanalytiske mikrosystemer) og ISRO's modulære Lab-chip-nyttelast. I mellemtiden har forskerholdet udført rumvidenskabelig forskning baseret på mikrofluidiske chips i mere end 10 år og har med succes opnået adskillige rumopsendelser. Kort sagt kræver rumvidenskabelig forskning stærkt integrerede, automatiserede og funktionelt forskellige detektionsplatforme, og mikrofluidiske chips har unikke fordele.
Desuden diskuteres kort anvendelsesmulighederne for organ-on-chip inden for rumvidenskab. Human mikrofluidisk bionisk organ-on-chip refererer til en multikanal 3D bionisk mikrofluidisk cellekulturenhed, der simulerer aktiviteter, mekaniske egenskaber og relaterede fysiologiske reaktioner i hele organet eller organsystemet på en lille chip gennem mikroprocessering. Udviklingen af organ-on-chip er i retning af multi-chip-forbindelse, høj integration og automatisering, så aktiverede og styrede systemer er blevet brugt i mikrofluidiske systemer. Derudover er organ-on-chip blevet inkluderet i NASA's plan for den internationale rumstation som en revolutionerende, banebrydende biomedicinsk teknologi.
Endelig nævnte forfatterne, at mikrofluidisk aktiverede og kontrollerede systemer altid spiller en central rolle, og at mere fleksibelt design vil give mere passende værktøjer inden for rumforskning i biovidenskab.
Rapport: Ning Xu
Beijing Institute of Technology
DOI:
10.34133/mellemrum.0008
