7 Hoofdstuk 1: Ontstaan en betekenis van Lab on a chip
De Lab on a chip is onder andere ontstaan door de behoefte van mensen, zoals
een psychiater die vraagt om de concentratie lithium in bloed te bepalen, of een
thuistest voor spermakwaliteit, een therapie voor kanker en het testen van koeien
op melkziekte.
De gewenste micro labjes zijn mogelijk geworden door technologische
ontwikkelingen, die vooral te maken hebben met miniaturisatie. Toen de eerste
computers ontstonden, kenden ze nog geen transistors, waardoor de computers
immens groot waren. Waar een computer in 1946 nog 30.000 kilogram woog en
200.000 watt gebruikte, is dit vanaf 1978 nog maar 40 watt en is de chip niet groter
dan een postzegel.
De ontwikkelingen van Lab on a chip is begonnen in de jaren ’90. Een Lab on a
chip is een chip waarop zich een dun vloeistof kanaaltje bevindt. Hierin kan een
reactie tussen twee verschillende vloeistoffen plaatsvinden. Deze vloeistof
kanaaltjes zijn zo klein, dat je een microscoop nodig hebt om de vloeistoffen te
zien stromen. De reacties en metingen in een Lab on a chip vinden plaats in een
heel klein plaatje glas of ander materiaal dat goed bestand is tegen chemicaliën.
Zo’n chip wordt ook wel een fluïdische chip genoemd.
,Hoofdstuk 2: Geschiedenis en kenmerken van Lab on a
chip
Enkele wetenschappelijke vorderingen hebben voor de ontwikkeling van Lab on a
chip gezorgd.
1. De scheikundige microanalyse techniek. Ontwikkeling van de
chromatografie, wat leidde tot capillaire elektroforese: techniek waarbij
elektrisch geladen deeltjes gescheiden worden.
2. Militaire detectietechnieken van gifgassen of biologische wapens.
3. Verbeterde analysetechnieken op het terrein van Moleculaire Biologie.
4. De ontwikkelingen op het gebied van de micro-elektronica. Het gebruik van
polydimethylsiloxaan (PMDS) voor de microkanaaltjes.
Om vloeistoffen door de kleine kanaaltjes te krijgen, zijn er microfluïdica
ontwikkeld. Daarnaast moet er in veel Lab on a chips elektrisch gemeten worden,
waardoor er elektroden aangebracht zijn op de chip.
Wil je een proces geheel of gedeeltelijk uitvoeren op een Lab on a chip, dan
moeten alle stappen een plekje krijgen. Ook is van belang of je dit proces in
stappen (batch) of zonder onderbrekingen (continu) wilt uitvoeren.
Een Lab on a chip heeft een aantal aspecten:
1. Stroming: wanneer een kanaal nauwer wordt, wordt de weerstand groter.
Dat betekend dat de druk in een Lab on a chip groot moet zijn om de
vloeistof te verplaatsen.
2. Laminaire stroming: in een microkanaal stroomt vloeistof in laagjes,
parallel aan de wand.
3. Mengen: er bestaat altijd diffusie tussen vloeistofstromen. Door de diffusie
mengen de vloeistoffen.
4. Kanalen samenvoegen: wanneer je twee vloeistof kanalen samenvoegt,
mengen de vloeistoffen.
5. Volume afmeten: het precies afmeten van een hoeveelheid vloeistof
vraagt om nauwkeurigheid.
6. Schakelaars en kleppen: kiezen welke vloeistoffen samenkomen vraagt
om schakelaars of kleppen.
7. Verwarmen en koelen: op een chip kan verwarmd en gekoeld worden voor
betere omstandigheden.
, 8. Meten van pH en geleidbaarheid: via elektroden op de chip wordt bepaald
of er ionen in de vloeistof aanwezig zijn.
9. Meten van kleurverandering: de kanaaltjes in een Lab on a chip zijn klein
waardoor je kleurverandering lastig waarneemt. Hiervoor zijn gevoelige
sensoren nodig.
10. Druppels vormen en druppels laten versmelten: het is mogelijk om
druppeltjes op een chip te vormen met precies dezelfde diameter. Deze
druppels zijn nuttig voor allerlei toepassingen, bijvoorbeeld om emulsies te
maken van stoffen die niet mengbaar zijn.
11. Sorteren van cellen: is mogelijk door elektrische stroom te gebruiken.
12. Elektroforese: als je op twee punten spanning zet is het mogelijk om
geladen deeltjes te verplaatsen door een kanaaltje.
De Lab on a chip is onder andere ontstaan door de behoefte van mensen, zoals
een psychiater die vraagt om de concentratie lithium in bloed te bepalen, of een
thuistest voor spermakwaliteit, een therapie voor kanker en het testen van koeien
op melkziekte.
De gewenste micro labjes zijn mogelijk geworden door technologische
ontwikkelingen, die vooral te maken hebben met miniaturisatie. Toen de eerste
computers ontstonden, kenden ze nog geen transistors, waardoor de computers
immens groot waren. Waar een computer in 1946 nog 30.000 kilogram woog en
200.000 watt gebruikte, is dit vanaf 1978 nog maar 40 watt en is de chip niet groter
dan een postzegel.
De ontwikkelingen van Lab on a chip is begonnen in de jaren ’90. Een Lab on a
chip is een chip waarop zich een dun vloeistof kanaaltje bevindt. Hierin kan een
reactie tussen twee verschillende vloeistoffen plaatsvinden. Deze vloeistof
kanaaltjes zijn zo klein, dat je een microscoop nodig hebt om de vloeistoffen te
zien stromen. De reacties en metingen in een Lab on a chip vinden plaats in een
heel klein plaatje glas of ander materiaal dat goed bestand is tegen chemicaliën.
Zo’n chip wordt ook wel een fluïdische chip genoemd.
,Hoofdstuk 2: Geschiedenis en kenmerken van Lab on a
chip
Enkele wetenschappelijke vorderingen hebben voor de ontwikkeling van Lab on a
chip gezorgd.
1. De scheikundige microanalyse techniek. Ontwikkeling van de
chromatografie, wat leidde tot capillaire elektroforese: techniek waarbij
elektrisch geladen deeltjes gescheiden worden.
2. Militaire detectietechnieken van gifgassen of biologische wapens.
3. Verbeterde analysetechnieken op het terrein van Moleculaire Biologie.
4. De ontwikkelingen op het gebied van de micro-elektronica. Het gebruik van
polydimethylsiloxaan (PMDS) voor de microkanaaltjes.
Om vloeistoffen door de kleine kanaaltjes te krijgen, zijn er microfluïdica
ontwikkeld. Daarnaast moet er in veel Lab on a chips elektrisch gemeten worden,
waardoor er elektroden aangebracht zijn op de chip.
Wil je een proces geheel of gedeeltelijk uitvoeren op een Lab on a chip, dan
moeten alle stappen een plekje krijgen. Ook is van belang of je dit proces in
stappen (batch) of zonder onderbrekingen (continu) wilt uitvoeren.
Een Lab on a chip heeft een aantal aspecten:
1. Stroming: wanneer een kanaal nauwer wordt, wordt de weerstand groter.
Dat betekend dat de druk in een Lab on a chip groot moet zijn om de
vloeistof te verplaatsen.
2. Laminaire stroming: in een microkanaal stroomt vloeistof in laagjes,
parallel aan de wand.
3. Mengen: er bestaat altijd diffusie tussen vloeistofstromen. Door de diffusie
mengen de vloeistoffen.
4. Kanalen samenvoegen: wanneer je twee vloeistof kanalen samenvoegt,
mengen de vloeistoffen.
5. Volume afmeten: het precies afmeten van een hoeveelheid vloeistof
vraagt om nauwkeurigheid.
6. Schakelaars en kleppen: kiezen welke vloeistoffen samenkomen vraagt
om schakelaars of kleppen.
7. Verwarmen en koelen: op een chip kan verwarmd en gekoeld worden voor
betere omstandigheden.
, 8. Meten van pH en geleidbaarheid: via elektroden op de chip wordt bepaald
of er ionen in de vloeistof aanwezig zijn.
9. Meten van kleurverandering: de kanaaltjes in een Lab on a chip zijn klein
waardoor je kleurverandering lastig waarneemt. Hiervoor zijn gevoelige
sensoren nodig.
10. Druppels vormen en druppels laten versmelten: het is mogelijk om
druppeltjes op een chip te vormen met precies dezelfde diameter. Deze
druppels zijn nuttig voor allerlei toepassingen, bijvoorbeeld om emulsies te
maken van stoffen die niet mengbaar zijn.
11. Sorteren van cellen: is mogelijk door elektrische stroom te gebruiken.
12. Elektroforese: als je op twee punten spanning zet is het mogelijk om
geladen deeltjes te verplaatsen door een kanaaltje.
