Microfluidica, quando contaminarsi fa bene alla fisica

Giampaolo Mistura

Abstract

La Microfluidica è un recentissimo campo di ricerca prettamente interdisciplinare che si interessa alla manipolazione e al trasporto di piccolissime quantità (nano-picolitri) di liquido. Il suo Sacro Graal è la realizzazione del cosiddetto Lab-on-a-Chip, ossia la riduzione su un chip di dimensioni millimetriche di tutte le operazioni (sintesi, separazione, analisi…) che attualmente richiedono l’uso di vari laboratori. Indipendentemente dal raggiungimento di questo ambizioso obiettivo (sogno?), i chips microfluidici vengono già usati in molti laboratori per i notevoli vantaggi che presentano, tutti derivanti dai ridotti volumi di fluido trattati. Ad esempio, questi dispositivi garantiscono: portabilità; un elevato controllo dei flussi; una diminuzione dei tempi per sintetizzare e analizzare un prodotto; una riduzione dei costi per reagenti e dei prodotti di scarto; un maggiore controllo delle concentrazioni e delle interazioni molecolari; la possibilità di fare processi in parallelo In questa breve presentazione, si illustreranno gli aspetti salienti del comportamento fisico di questi dispositivi, rapportandoli a quelli dei circuiti integrati sviluppati in microelettronica. Si descriveranno quindi alcuni dispositivi microfluidici realizzati nel nostro laboratorio: giunzione H per il filtraggio passivo di una soluzione senza usare membrane porose o campi elettrici, sensori ottici del pH di una soluzione, pompe peristaltiche micrometriche. Infine, si mostreranno gli ultimi sviluppi della “bubble/droplet logic”, un nuovo ambito di ricerca in microfluidica dalle prospettive molto promettenti. Una bolla di gas o una goccia di liquido che si muovono in un canale microfluidico rappresentano un bit. Ciò permette di trasportare materia e, simultaneamente, di eseguire operazioni logiche di controllo. La velocità di elaborazione di questi computers fluidici è ovviamente insignificante rispetto ai moderni circuiti integrati a semiconduttore. Se si considera invece la quantità di informazione che può essere processata, le cose cambiano drasticamente, perché una gocciolina può contenere un’enormità di dati, racchiusi nel materiale biologico (cellule, proteine, DNA) che forma la goccia.

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