Микрофлюидика и исследования в области обучения на чипе, включающие манипулирование небольшим количеством жидкости для проведения миниатюрных экспериментов в физике, химии, биологии и медицине, являются плодотворной областью исследований. Но до сих пор существует не так много опубликованных примеров того, как преподавать это легко понятным для студентов способом или как сообщать о многочисленных значительных достижениях в этой области широкой аудитории в доступной форме.
Чтобы решить эту проблему, в журнале Biomicrofluidics от AIP Publishing группа исследователей представляет обзор опубликованной литературы об образовании в области микрофлюидики и предлагает методы и предложения для всех, кто хочет улучшить свои собственные учения по микрофлюидике и охват.
«Научное образование и информационно-просветительская работа сейчас популярны, и работа с общественностью также становится все более важной, поскольку налоги финансируют значительный объем исследований», - сказала Николь Памме из Университета Халла. «Осведомленность общественности о научных достижениях важна для принятия правильных решений в демократических обществах».
Микрофлюидика - это термин, охватывающий широкий спектр инструментов, используемых для манипулирования чрезвычайно малыми объемами жидкости, начиная от аттолитров (одна квинтиллионная часть литра) и заканчивая микролитрами (микролитр - это одна миллионная часть литра; Кока-кола, например, имеет объем 355 000 микролитров). Эта технология полезна, поскольку позволяет ученым миниатюризировать эксперименты, что позволяет сократить потребление химикатов и реагентов, уменьшить объемы образцов и использовать более компактные и портативные приборы.
«Многие эксперименты можно проводить быстрее или эффективнее и с точным контролем местных условий, чего невозможно достичь в больших чашках Петри или реакционных сосудах», - сказал Дариус Ракус, соавтор из ETH Zürich.«Одна из целей микрофлюидики - отразить историю и достижения компьютерных наук, перейдя от специальных комнат и оборудования для вычислений к миниатюрным портативным компьютерам, которые можно использовать где угодно для химических наук и наук о жизни».
Наиболее распространенным форматом микрофлюидики являются микроканалы, которые представляют собой небольшие водопроводные системы шириной или высотой не менее 1-10 микрометров. При таком масштабе длины жидкости имеют низкое число Рейнольдса (отношение сил инерции к силам вязкости), что означает, что они демонстрируют ламинарное течение (в отличие от турбулентного течения).
«Одним из следствий этого является то, что жидкости, текущие вместе, не смешиваются, а продолжают двигаться в направлении потока», - сказал Ракус. «Это полезное явление, которое используют многие исследователи для точного управления размещением жидкостей и частиц внутри микрожидкостного устройства».
В обзоре группы они определили, что большинство примеров включения микрофлюидики в преподавание или информационно-просветительскую деятельность можно разделить на две категории: обучение микрофлюидике или преподавание микрофлюидики. Многие примеры обучения микрофлюидике сосредоточены на физике и разработке микрофлюидных систем.
«Это могут быть демонстрации, которые объясняют концепции, такие как поведение потока или дизайнерские проекты, когда студенты создают микрофлюидное устройство для решения конкретной проблемы», - сказал Памме. «В случаях обучения с помощью микрофлюидики мы обнаружили примеры, когда микрофлюидика использовалась больше как средство для изучения физических, химических или биологических явлений».
Группа надеется, что более широкое знакомство студентов с микрофлюидикой повысит интерес к междисциплинарной области микрофлюидики и, в конечном итоге, приведет к увеличению числа исследователей в этой области.
Мы надеемся, что наша газета поможет преподавателям включить микрофлюидику в свои учебные программы - как в игровой, так и в серьезной форме - и поделиться идеями о том, как привлечь граждан к разработкам в области медицины и клинической диагностики, анализу окружающей среды, химическому синтезу, все они основаны на инженерных и физических концепциях», - сказал соавтор Ингмар Риельдель-Крузе из Стэнфордского университета.«Учитывая ограниченное количество отчетов в литературе, мы хотели бы поощрять более широкий обмен - как формальный, так и неформальный - идеями и мероприятиями по обучению микрофлюидике».