زبان الکترونیکی بر پایه مدارهای میکروفلوئیدیک

تجزیه و تعیین ترکیب نمونه های مایع به دلیل کاربردهای فراوان و متنوع از اهمیت بالایی برخوردار است. کنترل کیفیت مواد غذایی و محصولات کشاورزی، تشخیص بیماری ها، پایش آلودگی ها در آب شهر، تشخیص مواد شیمیایی سمی، و چشایی مصنوعی از جمله این کاربردها هستند. غالب روشهای شناسایی در ملأ مایع مبتنی بر روشهای الکتروشیمیایی است که در آنها از الکترودهای مرجع حاوی محلول های استاندارد استفاده می شود. در این روشها، یون های درون مایع مطالعه و بررسی می شود. یون ها نقش اصلی را در تولید مزه های اصلی ترشی و شوری دارند که، به ترتیب، از تأثیر کاتیون h+ و کاتیون های فلزات قلیایی مانند na+ و k+ بر گیرنده های شیمیایی روی زبان نشأت می گیرند. از طرفی قندها نیز، که عامل اصلی طعم شیرین هستند، تحت تأثیر محلول بازهای قوی مانند koh تولید یون هایی مانند یون گلوکونیک می کنند. از سال 1996 از عنوان “زبان الکترونیکی” برای ادوات الکترونیکی شناسایی مزه ها استفاده می شود، لیکن هنوز هم این ادوات، در اساس، از روشهای الکتروشیمیایی بهره می گیرند. شرایط حساس نگهداری و کار با الکترودهای مرجع، عمومی شدن استفاده از زبان الکترونیکی را دچار چالش کرده است و از تلاش برای یافتن روشهای جایگزین تاکنون نتیجه کارایی عاید نشده است. در کار حاضر، فرآیند نفوذ و جذب یون های محلول در نمونه های مایع در کانال های میکروفلوئیدیک مورد بررسی قرار گرفته از نتایج حاصل برای تشخیص یون ها استفاده می شود. کانال های میکروفلوئیدیک بکار رفته در این کار به دو دسته "عمودی" و "افقی" قابل تقسیم می باشند. در کانال های عمودی، نمونه ی الکترولیت به صورت ناگهانی به ورودی کانال پر از آب خالص اعمال و پاسخ کانال به صورت تغییرات زمانی هدایت الکتریکی کانال ثبت می شود. نشان داده می شود که این تغییر هدایت ناشی از تغییر تدریجی تراکم یون ها در طول کانال است که خود نتیجه نفوذ یون ها به درون کانال می باشد. به دلیل تفاوت در ضرایب نفوذ و جذب یون های متفاوت، الگوهای متفاوتی از تغییر زمانی هدایت کانال برای آنالیت های مختلف حاصل می شود. سپس، با استفاده از اطلاعات متمایز کننده ای که از الگوهای ثبت شده استخراج می شود، سعی در تعیین یون های حاضر در آن می گردد. در کانال های افقی، ابتدا کانال با نمونه الکترولیت پر می شود. سپس، پاسخ کانال، به مانند قبل، به صورت تغییرات زمانی هدایت الکتریکی کانال ثبت می شود. در کانالهای افقی، تغییر (کاهش) هدایت الکتریکی ناشی از جذب تدریجی یون های حاضر در آنالیت به دیواره کانال است. نمونه های مختلفی از کانال های عمودی و افقی طراحی و ساخته می شود. از کانال های عمودی در شناسایی الکترولیت ها و از کانال های افقی، در شناسایی الکترولیت ها و قندها استفاده می گردد. مدلی برای پیش بینی پاسخ های گذرای کانال های عمودی ارائه می شود که با شبیه سازی آن اثر پارامترهای مختلف، چون ابعاد لوله، جنس کانال، نوع و تراکم آنالیت بر تفاوت پاسخ ها بیان می شود. از نتایج حاصل برای اصلاح ساختار کانال ها و بهبود عملکرد آنها استفاده می شود. از پیش بینی های این مدل و روش های کلاسیک شناسایی الگو برای تحلیل پاسخ های کانال های عمودی استفاده می گردد. بر همین اساس، با انتخاب ترکیب مناسبی از کانال های عمودی، دسته بندی الکترولیت های مختلف امکان پذیر می شود. به صورت مشابه، روش های کلاسیک شناسایی الگو برای تحلیل نتایج حاصل از کانال افقی در خصوص محلول های حاوی قندهای مختلف به کار گرفته شده نشان داده می شود که اطلاعات حاصل از یک کانال برای تمیز دادن برخی از قندها از یکدیگر کافی است. نتیجه برجسته در این خصوص، تمییز دو نوع مونوساکارید از هم و دو نوع دی ساکارید از هم می باشد. مدارهای میکروفلوئیدیک ساخته شده به دلیل قیمت مناسب، ابعاد کوچک و عدم نیاز به الکترودهای مرجع گزینه مناسبی برای تحلیل یون ها و مزه های ناشی از آنها هستند. ترکیب مناسبی از این کانال ها، به عنوان یک زبان الکترونیکی قابل استفاده می باشد.