La microfluidica è la tecnologia di progettazione e produzione di dispositivi in grado di incanalare flussi di fluido molto piccoli, nell’ordine dei microlitri/nanolitri. Un microlitro e un nanometro sono rispettivamente un milionesimo e un miliardesimo di litro. Per riferimento, una goccia d’acqua è di circa 25 microlitri.
Quando si tratta di quantità così piccole di fluido emergono diverse proprietà interessanti. Proprietà come la tensione superficiale, che tendono a non avere importanza quando si tratta di volumi d’acqua a cui siamo abituati, iniziano a dominare le dinamiche a queste scale. Il numero di Reynolds, che determina la turbolenza del flusso, è estremamente basso su piccola scala, il che significa che il flusso del fluido rimane praticamente laminare. Ciò rende alcuni aspetti della microfluidica più convenienti e prevedibili, e altri un po’ più impegnativi. Ad esempio, non puoi fare affidamento sulla turbolenza per mescolare due flussi, ma devi fare affidamento solo sulla diffusione, come il macchinario cellulare nel corpo.
I sistemi che utilizzano la microfluidica devono essere fabbricati in modo molto preciso. Il vetro è un materiale comune, ma anche la plastica e il silicio sono mezzi popolari. Le tecniche litografiche tradizionali possono essere utilizzate per costruire minuscoli canali sulla superficie di dispositivi simili a un chip per computer. Tutti i fluidi devono essere relativamente puri e privi di particelle che ostruiscono questi delicati canali. I sistemi microfluidici richiedono fisici dei fluidi competenti per la progettazione e il test.
La microfluidica trova applicazioni in biologia e chimica. I microarray di DNA, che consentono ai biologi di eseguire simultaneamente milioni di test su una particolare sequenza proteica o genica, sfruttano la microfluidica. Le macchine per la separazione chimica possono utilizzare combinazioni di centrifughe e chip microfluidici per analizzare la composizione chimica di una particolare sostanza. Possono essere utilizzati per preparare campioni biologici per i test. Poiché la maggior parte dei chip microfluidici ha design che non possono essere riconfigurati, questo limita le applicazioni più ambiziose, ma la ricerca è in corso per aggirare questo problema.
Un’interessante nuova area di ricerca è l’integrazione della microfluidica con la tecnologia MEMS (sistemi microelettromeccanici). Includendo minuscole pompe o dispositivi elettrici su un chip microfluidico, amplia notevolmente la varietà di applicazioni. I futuri dispositivi di microfluidica potrebbero essere dotati di milioni di minuscoli cancelli che consentono agli utenti di manipolare il flusso in modi complessi e utili. Il governo si è interessato all’uso di chip microfluidici per testare la presenza di armi biologiche e chimiche.