Napjainkban egyre szélesebb körben alkalmaznak mikrotechnológiai megoldásokat a tudományos kutatások területén. A mikrofluidika a mikroszkopikus skálán lejátszódó folyamatokkal és azok automatizálásával foglalkozik.
Munkám célja egy olyan mikrofluidikai eszköz létrehozása és működésének vizsgálata, amely alkalmas több, egymástól eltérő viszkozitású folyadék elegyítésével megadott méretű cseppek létrehozására, illetve a cseppekben sejtek elhelyezésére, majd a cseppek tervezett trajektória mentén történő mozgatására, csapdázására, vizsgálatára. Távlati célom, hogy a cseppeket konténerként alkalmazva a fejlesztett rendszer alkalmas legyen egyedi sejtek analízisére.
Korábbi (BSc szakdolgozat) munkám során tanulmányoztam a cseppgenerálást kétfázisú mikrofluidikai szerkezetekben, illetve a komplex rendszerek alapvető tulajdonságait. Létrehoztam egy mikrofluidikai eszközt, ami stabilan képes adott méretű (10-20 μm nagyságú) cseppek létrehozására. Ebben a dolgozatban a további fejlesztéseket foglalom össze.
Bemutatom a speciális összetételű elegyet, amely alkalmas a cseppes emulzió megbízható létrehozására, illetve megakadályozza a cseppek összeolvadását. Szintén bemutatom a mikrofluidikai rendszer működésének jellemzéséhez, vagyis a kialakuló cseppgeometriák statisztikai elemzéséhez fejlesztett MATLAB környezetben írt képfelismerő programot és annak működését, illetve összehasonlítom teljesítőképességét a korábbi, manuális elemzési módszerhez képest.
A fejlesztés során a legfontosabb feladatom a mikrofluidikai rendszer geometriájának optimalizálása volt, amelynek célja, hogy az eddigi cseppgenerálási képességét megőrizve alkalmassá tegyem az eszközt a kialakuló sejtkonténerek csapdázására a későbbi impedancia spektroszkópiai mérésekhez alkalmas architektúrában. Különös figyelmet fordítottam a geometria módosítása során a rendszer teljes hidrodinamikai ellenállásának pontos megválasztására. Bemutatom a különböző, komplex hidrodinamikai csapda-szerkezeteket, illetve ezek jellemző áramlástani viszonyait, amelyeket végeselemes modellek segítségével optimalizáltam, COMSOL Multiphysics program segítségével. Végül kísérleteken keresztül igazolom, hogy a tervezett, modellezett és megvalósított rendszerek alkalmasak a kialakított cseppek csapdázására, illetve a cseppek meghatározott ideig történő befogására. Megmutatom, hogy az általam fejlesztett eszköz alkalmas lehet nagyszámú egyedi sejt csapdázására és azok optikai vagy impedancia alapú analízisére.