סיקור מקיף

מעבדה על שבב המופעלת באמצעות… מוזיקה

פיתוח זה יוכל לפשט במידה רבה את התהליך של ביצוע ניסויים בהתקנים מיקרו-נוזליים.

הפעלת שבב באמצעות מוסיקה
הפעלת שבב באמצעות מוסיקה

מוסיקה, במקום וסתים אלקטרומכאניים, תוכל להפעיל דגימות ניסוי באמצעות "מעבדה על שבב" במערכת חדשה שפותחה באוניברסיטת מישיגן. פיתוח זה יוכל לפשט במידה רבה את התהליך של ביצוע ניסויים בהתקנים מיקרו-נוזליים. מאמר על מחקר זה מפורסם ברשת בכתב-העת המדעי Proceedings of the National Academy of Sciences.

מעבדה על שבב (lab-on-a-chip) או מתקן מיקרו-נוזלי (microfluidic) משלב ניסויי מעבדה רבים בתוככי שבב יחיד שגודלו מילימטרים או סנטימטרים אחדים בלבד. ההתקן מאפשר לחוקרים לבצע ניסויים בדגימות קטנות ביותר, וכן לערוך מספר רב שלהן בו-זמנית על אותו החומר. החוקרים מקווים כי התקנים אלו יובילו לפיתוח ערכות בדיקה ביתיות למחלות שונות, להרעלות מזון ולאיתור גזים רעילים – בין שאר היישומים האפשריים.

בכדי לבצע כיום ניסוי בהתקן מיקרו-נוזלי, החוקרים משתמשים לרוב בעשרות זרנוקי אוויר, שסתומים וחיבורים חשמליים בין השבב למחשב וזאת בכדי להזיז, לערבב ולהזרים טיפות של נוזל בתעלות המיקרוסקופיות של ההתקן. "כתוצאה מכך, אתה מאבד במהרה את יתרונותיה היחסיים של המערכת המיקרו-נוזלית," אומר Mark Burns, פרופסור להנדסה כימית ולהנדסה ביו-רפואית.

"אנו ממש מעוניינים לראות מכשיר בגודלו של אייפון, שלתוכו תוכל להתעטש והוא יאמר לך אם אתה חולה בשפעת. מה שעדיין לא פותח עבור מערכת כה קטנה הינם רכיבי הפנאומטיקה – המנגנונים להזזת הכימיקלים והדגימות הנוזליות בתוככי ההתקן."

החוקרים השתמשו בגלי-קול בכדי להפעיל מערכת פנאומטית (של לחץ אוויר) ייחודית שמייתרת את הצורך בשסתומים אלקטרומכאניים. במקום זאת, צלילי קול יוצרים את לחץ האוויר לשם שליטה בטיפות המצויות בהתקן. המערכת החדשה נדרשת לחיבור אחד בלבד, שאינו מסוג זה.

"מערכת זו דומה מאוד לשימוש בסיבים אופטיים במקום בכבלי טלוויזיה. אף אחד לא גורר היום מאתיים כבלים נפרדים ברחבי הבית לשם הפעלת כל הערוצים השונים," מסביר החוקר. "יש אות העובר בכבל יחיד ומפוענח בצורה שונה עבור כל ערוץ בנפרד."

המערכת שפותחה בידי צוות החוקרים מחליפה את אותם זרנוקי אוויר, שסתומים וחיבורים חשמליים במה שמכונה "חרירי תהודה" (resonance cavities). חרירים אלו הינם שפופרות בעלות אורכים ייחודיים המגבירים צלילי-קול מסוימים.

שפופרות אלו מחוברות בקצה האחד שלהן להתקן המיקרו-נוזלי, ובצד השני לרמקול, שקשור מצידו למחשב. המחשב הוא שמייצר את צלילי-הקול (תצלילים, או אקורדים) הנדרשים לביצוע התהליכים השונים. חרירי התהודה מגבירים את הצלילים הללו וגלי-הקול דוחפים בדרכם אוויר דרך נקב אופייני לכל תעלה ותעלה. בשלב הבא, גל אוויר זה מזיז את הטיפות ברחבי ההתקן המיקרו-נוזלי.

"כל חריר תהודה בהתקן מתוכנן להגביר צליל קול ייחודי לו ולהמירו ללחץ אוויר שימושי," מסביר החוקר. "אם מפעילים צליל יחיד – מוזזת טיפה אחת. אם מפעילים שלושה צלילים רצופים – מוזזות שלוש טיפות, וכן הלאה. ומכיוון שהחרירים אינם קשורים האחד לשני, ניתן לשנות את העוצמה של כל צליל וצליל בנפרד בכדי להאיץ או להאט את הזזתה של הטיפה המתאימה."

החוקר הראשי מתאר את המערכת כהיפוכם של פעמוני מקהלה – במקום להפעיל פעמון לשם יצירת גלי-קול באוויר, המגיעים לאוזנינו כמוסיקה, המערכת הזו משתמשת במוסיקה לשם יצירת גלי-קול בהתקן, שבתורם, מניעים את טיפות הניסוי.

"אני סבור כי זוהי מערכת מתוחכמת מאוד," מציין החוקר הראשי. "זוהי דרך פשוטה יותר ליצירת חיבורים בין עולם המיקרו-נוזלים לבין העולם האמיתי, המקרוסקופי."

המערכת החדשה עדיין נמצאת מחוץ לשבב, אולם החוקרים פועלים לשם מזעורה ושילובה לתוך ההתקן עצמו. הדבר יהווה התקדמות לעבר הכנת ערכות בדיקת מחלות ביתיות ממוזערות.

הידיעה על המחקר

2 תגובות

  1. רק שלא נתעטש בקול חזק מדי והמכשיר יגיד לנו שאנחנו מתים….. 😉

    כל הכבוד על הפיתוח, הרפואה עוד 20~30 שנה תהיה מדהימה.

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן