پمپ‌های کاغذی نیروی دستگاه‌های میکروسیال قابل‌حمل را تأمین می‌کنند!
مجله علمی ایلیاد - مهندسین زیست‌داروها از دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی و دانشگاه چیپل هیل کارولینای شمالی، پمپ کاغذی ارزان قیمتی طراحی کردهاند که از نیروی مویینگی برای به کار انداختن دستگاه‌های میکروسیال قابل‌حمل، استفاده می‌کند و می‌توان آن‌را در ابزارهای متنوع مربوط به زیست‌داروها به‌کار برد. دستگاه‌های میکروسیال، دستگاه‌هایی هستند که با سیالاتی با حجم یک میکرولیتر یا کمتر سر و کار دارند، حجمی کمتر از یک قطره اشک.
این دستگاه‌ها بازه‌ی وسیعی از کاربردها را دارا هستند، از ابزارهای تشخیصی گرفته تا تکنولوژی‌های مربوط به آزمایش‌های داروهای جدید را شامل می‌شوند. «گلن واکر»، نویسنده‌ی همکار مقاله و دانشیار و عضو برنامه‌ی همکاری مهندسی زیست‌داروها بین دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی و دانشگاه چیپل هیل کارولینای شمالی می‌گوید: «چالشی که مدت‌ها پیش روی توسعه‌ی تکنولوژی‌های دستگاه‌های میکروسیال قابل‌حمل وجود داشته، نیاز به وجود راهی کم هزینه برای پمپ کردن سیال به درون دستگاه در خارج از محیط آزمایشگاه است. قابل‌حمل بودن دستگاه بسیار مهم است، چرا که با این کار، کاربردهای جدید این دستگاه‌ها، مانند ابزارهای تشخیص در محل، امکان‌پذیر می‌شود. پمپ‌های الکتریکی و لوله‌های متصل به آن برای محیط آزمایشگاه مفید هستند، ولی حمل آن‌ها به خارج از محیط آزمایشگاه ساده نیست.»
اکنون واکر و همکارانش راه جدیدی یافته‌اند که نه تنها از طریق آن می‌توان سیالات را به درون دستگاه‌های میکروسیال پمپ کرد، بلکه می‌توان کنترل پایداری نیز بر جریان سیال داشت. آن‌ها می‌توانند جریان سیال را متوقف کرده و مجدداً آن‌را به جریان درآورند، نرخ جریان سیال را کنترل کنند و می‌توانند کنترل کنند که سیال به چه مدت جریان داشته باشد.
واکر می‌گوید: «از آنجا که روش ما، راهکاری جدید با تکنولوژی قدیمی است، پمپ ما به‌شدت کم هزینه است.» تکنولوژی قدیمی مورد اشاره توسط واکر، کاغذ است. محققین سیستم پمپ طراحی شده را باتری هیدرولیکی می‌دانند، ولی این پمپ در هیچ شرایطی از الکتریسیته استفاده نمی‌کند و به‌جای آن نیروی مورد نیاز خود را از نیروی مویینگی می‌گیرد.
اگر تا به حال دیده باشید که حوله‌های کاغذی چگونه آبِ ریخته شده را جمع می‌کند، در واقع نحوه‌ی عملکرد نیروی مویینگی را دیده‌اید. به‌طور عام‌تر می‌توان گفت، نیروی مویینگی، تمایل مایعات برای کشیده شدن به منافذ ریز در اثر نیروی کشش سطحی است. در مورد باتری هیدرولیکی، مویینگی تمایل آب و مایعات آبی، مانند خون برای وارد شدن به منافذ ریز کاغذ است.
واکر می‌گوید: «سیستم ما از تکه‌های کاغذی استفاده می‌کند که ضخامتی به اندازه‌ی ۱۲۵ میکرون دارند؛ مقداری کمی بیشتر از یک تار مو. نیروی مویینگی مایعات را به درون کاغذ می‌کشد. ما می‌توانیم با تغییر دادن شکل کاغذ، میزان مایع و سرعت کشیده شدن مایع به دستگاه وصل شده به کاغذ را کنترل کنیم.»
شکل کاغذ را می‌توان با برشی ساده به‌صورت دو بعدی درآورد. همچنین می‌توان با قرار دادن چندین کاغذ بر روی یکدیگر، شکل پمپ را به صورت سه‌بعدی درآورد.
واکر می‌گوید: «با قرار دادن کاغذها بر روی یکدیگر، می‌توان بسته به کاربرد خواسته شده، پروفیل جریان پیچیده‌تری به‌دست آورد. هر کدام از انواع این باتری‌های هیدرلیکی قیمتی کمتر از ده سنت دارند.»
وسایل قابل‌حمل دیگری برای پمپ کردن سیالات به درون دستگاه‌های میکروسیالی وجود دارد، ولی واکر اعتقاد دارد که پمپ‌های کاغذی ساخته شده توسط گروه ایشان دارای مزایای متعددی است. او می‌گوید: «باتری هیدرولیکی ما کوچک، سبک، ارزان، دارای قابلیت وصل آسان به دستگاه‌های دیگر و قابل بازیافت است. به‌علاوه اینکه پمپ کاغذی ما را می‌توان نگهداری کرد و بر روی آن ارزیابی‌های جداگانه‌ای انجام داد، مجدداً مورد استفاده قرار داد و همچنین تست‌های آزمایشگاهی برای تأیید تشخیص‌های انجام شده در محل را نیز می‌توان روی آن انجام داد.»
محققین درخواست ثبت اختراع خود را برای تکنولوژی پمپ کاغذی ثبت کردهاند و به دنبال شریک صنعتی هستند تا این پمپ‌ها را وارد بازار کنند. واکر می‌گوید: «ما خوش‌بین هستیم که این سیستم بتواند تفاوتی در سلامت جامعه و پیش‌برد تحقیقات پایه‌ای ایجاد کند.»
نوشته: North Carolina State University
ترجمه: امید محمدی – مجله علمی ایلیاد
ترجمه: امید محمدی – مجله علمی ایلیاد