Teknologi 'Chip' untuk Laboratorium Mini

Sejak 1990-an, para ilmuwan telah mengeksplorasi kemungkinan mengembangkan "laboratorium" kimia mini pada sebuah chip (sirkuit elektronik kecil). Teknologi ini memiliki potensi sebagai tempat perawatan diagnostik. Laboratorium mini juga menjadi alat analisis untuk penelitian lapangan.

Suatu hari nanti, lab mini bahkan bisa melakukan tes kimia di planet lain. Di laboratorium normal, ahli kimia menggunakan gelas kimia untuk mencampur bahan kimia dan mempelajari reaksi. Di laboratorium mini, sistem mikrofluida dapat melakukan percobaan kimia pada sebuah chip melalui serangkaian tabung kecil yang terhubung seukuran rambut.

Teknologi ini saat ini sedang digunakan. Penggunaan terutama di bidang medis, yang menciptakan organ-on-chip untuk penelitian. Namun, potensi teknologi belum sepenuhnya tercapai karena reaksi kimianya dikontrol oleh peralatan besar yang seringkali berada di luar chip.

Studi ini dipublikasikan barubaru ini di Nature, para peneliti dari Saint Louis University bersama dengan rekan-rekan dari Northwestern University dan Normandie Universite. Berbagai penemuan dihasilkan peneliti, yakni tentang cara memprogram kontrol bawaan dalam jaringan mikrofluida. Peneliti mengambil inspirasi dari kerja elektronik. Di mana kontrol chip bisa bekerja secara mandiri.

Istvan Kiss, profesor kimia di Saint Louis University, mengatakan, ketika mereka memulai penelitian di bidang ini, mereka bertekad akan melakukan pekerjaan yang luar biasa. "Kami bertanya, mengapa kita tidak membangun reaktor kecil kecil, berukuran sub-milimeter. Kami hanya menggunakan sejumlah kecil reaktor, sehingga mengarahkan alirannya mudah dengan tabung kecil yang sederhana. Tetapi sekarang, untuk memajukan teknologinya, kita perlu chip menjadi sedikit lebih rumit, dengan banyak reaktor dan tabung di antaranya, untuk beroperasi lebih seperti sirkuit," tambah Kiss.

Untuk mengatasi masalah ini, peneliti menggabungkan teori jaringan dan mekanika fluida. Peneliti menciptakan kontrol yang dioperasikan sepenuhnya pada chip.

Bersama dengan Yifan Liu, Ph.D., asisten peneliti pascasarjana di SLU dan rekan lainnya, Kiss merancang jaringan dengan hubungan nonlinear. Yakni antara tekanan yang diterapkan dan laju aliran, yang dapat digunakan untuk mengubah arah aliran cairan hanya dengan mengubah tekanan input dan output. Mengambil isyarat dari teori berlawanan tentang pola lalu lintas, para ilmuwan menemukan bahwa cara pintas tidak selalu cara tercepat dari titik A ke titik B.

Fenomena yang dikenal sebagai paradoks Braess telah menunjukkan - dalam pola lalu lintas, elektronik, mata air - yang terkadang memiliki lebih banyak jalur untuk bepergian sebenarnya memperlambat lalu lintas. "Kami telah membangun jaringan yang menunjukkan paradoks itu," kata Kiss. "Ketika kami mempelajari bagaimana molekul air melewati rintangan, itu menciptakan 'katup.' Molekul air dialihkan dari jalurnya. Pada laju aliran rendah, mereka menuju ke rintangan, sedangkan pada laju aliran tinggi, mereka bergerak sebaliknya," lanjutnya.

"Ketika kita menutup saluran pintas, itu menghasilkan laju aliran total yang lebih tinggi, dan bukannya lebih rendah. Kami tertarik pada bagaimana perubahan dalam laju aliran dan arah akhirnya akan mengubah reaksi kimia di reaktor," tambah Kiss. Teknologi ini dapat digunakan untuk membuat sistem pengujian laboratorium portabel serta untuk merancang aplikasi baru, seperti perangkat pemantauan kesehatan yang dapat dikenakan atau sistem ruang yang dapat digunakan.

nik/berbagai sumber/E-6