Nejmenší laboratoř na světě
Americký vědecký tým, v jehož čele stojí C. C. Lee, uskutečnil chemickou reakci sestávající z pěti po sobě jdoucích operací v zařízení o rozměrech kovové mince.
Není to sice první používané zařízení tohoto druhu. Podobné, poměrně složité "čipové laboratoře" již existují, ale ty pracují především v oblasti biotechnologií. Zde zajišťují operace, jako jsou extrakce, míchání komponent, separaci produktů apod. Uvedený případ je nový tím, že poprvé byla čipová laboratoř použita pro složitější, ryze chemickou syntézu.
Základní složkou pro výrobu čipové laboratoře je (alespoň v současném stadiu technologie) organická sloučenina PDMS (polymetylsiloxan), polymer, který je dostatečně tvárný, aby se z něho a v něm daly vytvořit mikroventily, "šoupátka", úchyty jemných membrán a další tvary a součástky. Pro konstrukci čipové laboratoře je třeba nejprve vyrobit příslušnou formu obsahující požadovaný reliéf.
Konstrukčním materiálem matrice je buď křemíková destička, která se upravuje fotolitografickou cestou, nebo umělá pryskyřice, která je sice levnější, ale méně odolná. Do takto připravené formy se vlije tekutý monomer PDMS. Následným zahřátím na 800 stupňů Celsia dojde k jeho polymeraci a ztuhnutí a čipová laboratoř je hotova.
Při vlastní chemické reakci jsou dovnitř "čipu" zaváděny kapalné reakční složky, a to s pomocí střídavého otevírání a zavírání tlakových mikroventilů. Popsané zařízení slouží k syntéze molekul značených radioaktivním fluorem 18, jejichž životnost je pouhých 110 minut. Tento produkt proto musí být syntetizován velmi rychle a spotřebuje se ho jen malé množství. Čipová laboratoř je v tomto případě ideální "výrobní jednotkou".
Popsané zařízení i technologie mají však prozatím i své nedostatky. Jedním z problémů je vnášení, resp. tvorba nežádoucích pevných meziproduktů, které ucpávají mikrokanálky. PDMS je citlivý na vyšší teploty a neodolává některým chemickým rozpouštědlům. (Chemici by proto preferovali čipovou laboratoř vyrobenou ze skla, což je ale vzhledem ke složitosti a nepatrným rozměrům zařízení nemožné.) Větší rozšíření čipových laboratoří je navíc, alespoň prozatím, limitováno mj. i adsorpcí reakčních složek na stěnách a dalšími fyzikálně-chemickými jevy probíhajícími na rozhraní kapalina - pevná látka.
Rovněž složitost zařízení, tedy i počet reakčních kroků, má své hranice, a proto se výzkumníci zaměřují na konstrukci jednodušších specializovaných modulů, které by však byly navzájem kompatibilní. Současně se snaží řešit problém nejvhodnějšího materiálu pro konstrukci čipových laboratoří. Ten by měl v ideálním případě spojovat tvárnost, pevnost a chemickou i mechanickou odolnost, včetně antiadsorpčních vlastností.
Pramen: La Récherche, II/2006
