Mikrofluidické systémy se používají například pro přenos tlaku, signálů a tepla. Nacházejí uplatnění při většině chemických reakcí, při práci se vzorky potravin, paliv nebo olejů. Používají se pro rozbor biologických vzorků nebo pro přenos drobných objektů, například buněk na požadované místo.
V čistě fluidických systémech jsou k řízení průtoku tekutin využívány pouze aerodynamické nebo hydrodynamické efekty v dutinách s pevnými stěnami. Je dosti náročné poslat kapaliny žádoucím směrem bez mechanických šoupátek nebo klapek.
„Umění způsobit takové efekty patří ke kouzlu fluidiky,“ říká profesor Václav Tesař z Ústavu termomechaniky AV ČR. Kromě snadnější výroby je výhodou fluidických ústrojí velká odolnost, protože v nepohyblivých stěnách se nemůže nic zlomit nebo zadřít.
Jedním z příkladů využití mikrofluidiky jsou vesty s chladicím systémem. Vývoj podporuje armáda, neboť současné těžiště vojenských operací je v oblastech s horkým klimatem.
Mikrofluidika nachází uplatnění při vývoji nových materiálů, Jde o zkoumání vlastností laboratorně připravených nových sloučenin, léků nebo katalyzátorů pro chemické reakce. Mikrofluidikou lze provádět obrovské množství syntéz za stejných podmínek a ve spojitosti s vyspělými matematickými metodami tak lze najít nejvýhodnější sloučeniny.
Pokračování na straně 31
Dokončení ze strany 29
Obsahuje mléko antibiotika? Otázku lze zodpovědět pomocí biosenzoru, který využívá imunitní reakce mezi antigeny a protilátkami získanými z bakterií. Jen část mikroorganismů se zachytí na oscilujícím tělísku, zvětší jeho hmotnost a sníží tak frekvenci oscilací. Mikrofluidika se uplatňuje také při vývoji „umělých nosů“ a „umělých jazyků“ k analýze vůní a chuti.
Mikrofluidické obvody umožňují analyzovat DNA pro identifikaci osob. Také lze zjišťováním dědičné výbavy bakterií objektivně určovat infekční nemoci.
Zřejmou výhodou mikrozařízení je jejich snadná implantace do těla zvířat nebo člověka. Mohou to být například enzymatické palivové články, které vyrábějí potřebný elektrický příkon chemickou reakcí glukózy a kyslíku v cévách. Dodávají energii autonomnímu zařízení, které podle okamžité potřeby dávkuje inzulin. Diabetik tak může téměř zcela zapomenout na své onemocnění a musí dbát jen na to, aby zhruba jednou za rok nechal doplnit nádržku na inzulin zabudovanou v břišní dutině.
Velmi nadějnou možností, jak využít mikrofluidiku, je výroba umělé potravy. Počítá se s ní například pro meziplanetární lety, kdy by měli astronauti na palubě kosmické lodi uzavřený oběh potravy.
Ale může být rovněž přípravou na dobu, kdy přirozené zdroje potravy nebudou stačit. Hospodářská zvířata s velkým procentem orgánů z potravního hlediska neužitečných jsou ostatně málo efektivní zdroje poživatelných produktů. Zájem vědců se proto soustřeďuje na umělý chov na buněčné úrovni. Jak rostlin, především řas, tak svalových vláken. Jde o cyklické procesy s poměrně složitou řídící technikou. Je totiž potřeba zajistit změny světla a tepla, ale například u svalů také pravidelnou silovou aktivitu, aby se vytvořila struktura podobná masu.
Díky extrémně malým rozměrům elektroniky je v současnosti možné přijímat signály z centrální nervové soustavy, a naopak je do ní vysílat. Využívá se soustava mikroelektrod zavedených do nervového systému. Primární roli hraje elektronika – jde o signály elektrické povahy – nicméně fluidika je v tomto případě rovněž důležitá. Jehličky mikroelektrod jsou duté a zavádějí se jimi medikamenty potlačující například zapouzdření implantátu, které by přerušilo přenos mezi elektrodami a neurony. Přívod dutými jehličkami se také využívá k chemické stimulaci, zejména k ovlivnění iontových kanálků pro přenos signálů v nervové soustavě.
Komunikace s mozkem se využívá rovněž při léčbě. Implantáty nahrazují ztrátu sluchu a usilovně se rozpracovává i náhrada při ztrátě zraku. Jako účinné se jeví potlačení projevů Parkinsonovy nemoci a ve vývoji je také léčba epilepsie.
Stimulace neuronů se ve velké míře zkouší na zvířatech. Možnosti jejich dálkového ovládání zaujaly především vojenské experty. Zejména se uvažuje o získávání špionážních informací, ale existují projekty, jak využít dálkově ovládaná zvířata pro útočné operace. Krysy se mohou například dostat do podzemních sil řízených střel cestami, které jsou pro člověka neprostupné. Operátor pak vyhodnocuje signály o tom, co zvíře vidí a slyší, a na dálku ovládá jeho pohyby stimulací mozkového implantátu.
Není vždy nutné vložit kompletní ovládací systém do těla. Mikrofluidika například umožňuje dávkovat nitrožilní potravu z vnějšího zásobníku, takže zvíře dokáže překonat dlouhé vzdálenosti. Přenos signálů na velké vzdálenosti nazpět k operátorovi předpokládá výkonný vysílač, který by se obtížné implantoval. Ale i ten může mít zvíře připevněné na povrchu těla. Mikrofluidika zajistí dávkováním medikamentů bezproblémové propojení s elektronikou uvnitř těla.
***
Mikrofluidika je nadějnou cestou k výrobě umělé potravy
