ห้องปฏิบัติการบนชิป หรือ Lab-on-a-chip

เทคโนโลยีที่ช่วยให้การตรวจวัดโรคแบบทันใจหรือ point-of-care diagnostic ก็คือ เทคโนโลยีระบบของไหลจุลภาคหรือ Microfluidics ซึ่งเป็นเทคโนโลยีในการย่อส่วนและจัดการกับของเหลวที่มีปริมาตรในระดับไมโครลิตร นั่นหมายความว่า ท่อที่ของเหลวเหล่านี้ไหลผ่านนั้นมีขนาดประมาณเท่ากับเส้นผมของเราเท่านั้น ในระบบของไหลจุลภาคหนึ่งๆ อาจจะประกอบด้วยท่อ หัวฉีด ปั๊ม ช่อง ตัวผสม ส่วนกรอง วาล์ว เซนเซอร์ ฯลฯ การสร้างชิปของระบบของไหลจุลภาคหนึ่งๆ ต้องอาศัยความรู้อย่างลึกซึ้งในเรื่องผลของการย่อส่วน วิทยาศาสตร์เกี่ยวกับพื้นผิว คุณสมบัติของวัสดุ เป็นต้น เพื่อให้ระบบสามารถทำงานได้ตามต้องการและถูกต้อง ส่วนประกอบที่สำคัญที่สุดในระบบของไหลจุลภาคได้แก่ เครือข่ายของท่อขนาดเล็ก (Microchannel) ซึ่งทำหน้าที่เชื่อมโยงส่วนต่างๆ ในระบบ ปกติจะเป็นท่อปิดที่มีขนาดตั้งแต่ไมโครเมตรจนกระทั่งขนาดนาโนเมตร และมีทั้งแบบที่มีหน้าตัดเป็นสี่เหลี่ยมหรือครึ่งวงกลม ขึ้นอยู่กับการใช้งาน เช่น ในระบบที่มีการปั๊มแบบสนามไฟฟ้า (Electrokinetic Pumping) จะต้องการท่อที่มีความแคบมากกว่า ฟิลเตอร์หรือตัวกรอง (Filter) เป็นส่วนสำคัญในช่วงต้นของระบบที่มีการนำของไหลเข้าสู่ระบบ มีหลายเทคนิคที่นำมาใช้ เช่น การสร้างรูพรุน (Sieve) เพื่อป้องกันไม่ให้อนุภาคที่มีขนาดใหญ่กว่ารูไหลผ่านไปได้ หรือการเปลี่ยนพฤติกรรมการไหลจากแบบชั้น (Laminar Flow) ไปเป็นแบบวกวน (Turbulent flow) ต้องอาศัยตัวขวาง (Obstructor) การไหลเพื่อให้เกิดการกวนผสมระหว่างการไหล วาล์วเปิดปิดขนาดเล็ก (Microvalve) เป็นอุปกรณ์ที่ช่วยควบคุมการไหลในท่อด้วยการปิด/เปิดประตูกั้น แบ่งออกเป็นสองชนิดได้แก่ ชนิด Passive และชนิด Active ไมโครวาล์วชนิด Passive นั้นอาศัยความดันที่แตกต่างระหว่างด้านทั้งสองของวาล์วเพื่อควบคุมการเปิด/ ปิด ไม่ต้องมีกลไกใดๆ มาขับเคลื่อน แต่ไมโครวาล์วแบบ Active นั้นอาศัยอุปกรณ์ขับเคลื่อนเพื่อควบคุมการทำงาน
ของเหลวในระบบสามารถไหลในท่อไปตามส่วนต่างๆ ได้อาศัยปั๊มขนาดเล็กที่เรียกว่า ไมโครปั๊ม (Micropump) ไมโครปั๊มแบบกลมีอยู่หลายชนิดทั้งแบบที่อาศัยการขับด้วยกลไกที่เคลื่อนไหวเหมือนกับปั๊มขนาดใหญ่ทั่วไปหรือสามารถเคลื่อนของไหลไปตามท่อโดยไม่ได้อาศัยพลังงานทางกล ไม่มีส่วนใดๆ เคลื่อนไหว แต่อาศัยพลังงานอื่นๆ เช่น แรงตึงผิว การขยายตัวจากพลังงานความร้อน แรงจากสนามไฟฟ้า หรือสนามแม่เหล็ก เป็นต้น
ไมโครมิกเซอร์ (Micromixer) เป็นอุปกรณ์ที่ช่วยผสมสารเคมีเข้าด้วยกันเพื่อให้เกิดปฏิกิริยา โดยปกติแล้วการผสมในระดับจุลภาคนั้นอาศัยการแพร่ของสาร Microreactor เป็นอีกส่วนหนึ่งที่สำคัญของระบบที่เป็นบริเวณที่เกิดปฏิกิริยาทางเคมี มีลักษณะเป็นหลุมหรือช่องขนาดเล็กที่สารมากกว่าหนึ่งชนิดมาผสมกัน ไมโครเซนเซอร์ (Microsensor) เป็นส่วนประกอบที่สำคัญในการตรวจวัด (Detection) ในระบบ เช่น เซนเซอร์สำหรับวัดความเข้มข้นของสารละลาย เซนเซอร์สำหรับตรวจวัดทางชีวภาพ เซนเซอร์วัดอัตราการไหล เป็นต้น จะเห็นได้ว่าระบบของไหลจุลภาคนี้สามารถทำงานได้เหมือนห้องปฏิบัติการทั่วไปแต่มันย่อเล็กลงมาอยู่บนชิปและวางอยู่บนฝ่ามือเราได้เลยทีเดียว เราจึงเรียกมันว่าห้องปฏิบัติการบนชิป หรือ Lab-on-a-chip นั่นเองครับ