Laboratoria chipowe (lab-on-a-chip, lab-chip) to miniaturowe urządzenia, wykonane z użyciem technik mikroinżynieryjnych, które umożliwiają prowadzenie procesów laboratoryjnych lub badań (bio)chemicznych w mikroskali. W odróżnieniu od stosowanej powszechnie rozproszonej aparatury modułowej, lab-chipy integrują wybrane elementy funkcjonalne systemu badawczego (np. mikrodozowniki, mikroreaktory, mikroseparatory) w jednej strukturze chipa, co pozwala uprościć procedurę badań, skrócić czas procesów oraz obniżyć ryzyko kontaminacji.

W naszej Katedrze od lat prowadzone są prace związane z tą tematyką. Posiadamy infrastrukturę umożliwiającą wykonanie lab-chipów w technologii szklanej [1-2], krzemowej [3-4], polimerowej [5] oraz druku 3D [6]. Mamy duże doświadczenie w konstruowaniu szerokiej gamy podzespołów niezbędnych do prowadzenie badań w mikroskali, takich jak między innymi: mikrodozowaniki cieczy i gazów, zawory pasywne, mieszacze, jak również wieloparametryczne systemy detekcji optycznej i konduktometrycznej. Skonstruowane przez nas instrumenty lab-on-chip umożliwiają prowadzenie badań z zakresu biologii, medycyny oraz weterynarii zarówno na Ziemi, jaki i w warunkach mikrograwitacji. Specjalizujemy się również w mobilnych urządzeniach mikrofluidycznych umożliwiających prowadzenie procesu PCR [7], elektroforezy kapilarnej [8], hodowli zróżnicowanych obiektów biologicznych [9-10] poza wyspecjalizowanym laboratorium. Kluczowym osiągnięciem w zakresie miniaturyzacji instrumentów analitycznych była konstrukcja platformy laboratoryjnej (tzw. lab-payload), dla pierwszego polskiego nanosatelity biologicznego, umożliwiającej prowadzenie hodowli grzybów kosmopolitycznych oraz ziaren roślin w przestrzeni kosmicznej [11-12].

Nasz zespół badawczy jest jednym z pionierów rozwoju laboratoriów chipowych w Polsce, a wyniki naszych prac publikowane są w wiodących czasopismach naukowych (m.in. Lab Chip, Sensors and Actuators, Journal of Micromechanics and Microengineering) oraz na największych światowych konferencjach naukowych (np. MicroTAS, Eurosensors, PowerMEMS). W ramach projektów NCN oraz NCBiR opracowaliśmy do dziś szereg innowacyjnych rozwiązań, ponadto wciąż rozwijamy nowe tematy badawcze dotyczące wykorzystania urządzeń LOC w laboratoriach ziemskich i pozaziemskich.

[1] A. Podwin, W. Kubicki, J. Dziuban, Study of the behavior of Euglena viridis, Euglena gracilis and Lepadella patella cultured in all-glass microaquarium. Biomedical Microdevices. 2017, vol. 19, nr 3, s. 1-10.

[2] W. Kubicki, R. Walczak, Preliminary studies on cell-free fetal DNA separation and extraction in glass lab-on-a-chip for capillary gel electrophoresis. Procedia Engineering. 2012, vol. 47, s. 1315-1318.

[3] R. Walczak, P. Śniadek, J. Dziuban, J. Kluger, A. Chełmońska-Soyta, Supravital fluorometric apoptosis detection in a single mouse embryo using lab-on-a-chip. Lab on a Chip. 2011, vol. 11, nr 19, s. 3263-3268.

[4] A. Pokrzywnicka, P. Śniadek, N. Małyszka*, D. Lizanets, W. Kubicki, P. Pawlak*, R. Walczak, MEMS cytometer for porcine oocyte deformation measurement. Journal of Micromechanics and Microengineering. 2019, vol. 29, nr 9, art. 095004, s. 1-11.

[5] W. Kubicki, R. Walczak, J. Dziuban, Optical properties and real application of new photoimageable bonding adhesives. Procedia Engineering. 2016, vol. 168, s. 1402–1405.

[6] R. Walczak, K. Adamski, A. Pokrzywnicka, W. Kubicki, Inkjet 3D printing - studies on applicability for lab-on-a-chip technique. Procedia Engineering. 2016, vol. 168, s. 1362–1365.

[7] P. Bembnowicz, M. Małodobra*, W. Kubicki, P. Śniadek, A. Górecka-Drzazga, J. Dziuban, A. Jonkisz*, A. Karpiewska*, T. Dobosz*, L. Golonka, Preliminary studies on LTCC based PCR microreactor. Sensors and Actuators. B, Chemical. 2010, vol. 150, nr 2, s. 715-721.

[8] W. Kubicki, B. Pająk*, K. Kucharczyk*, R. Walczak, J. Dziuban, Rapid detection of highly pathogenic A(H7N7) avian influenza virus genetic markers in heterogenic samples utilizing on-chip SSCP-CE method. Sensors and Actuators. B, Chemical. 2016, vol. 236, s. 926-936.

[9] A. Krakos, P. Śniadek, M. Jurga*, M. Białas, A. Kaczmarek-Pieńczewska*, K. Matkowski*, R. Walczak, J. Dziuban, Lab-on-chip culturing system for fungi-towards nanosatellite missions. Applied Sciences. 2022, vol. 12, nr 20, art. 10627, s. 1-19.

[10] A. Podwin, R. Walczak, J. Dziuban, A 3D printed membrane-based gas microflow regulator for on-chip cell culture. Applied Sciences. 2018, vol. 8, nr 4, art. 579, s. 1-9.

[11] A. Krakos, Lab‑on‑chip technologies for space research - current trends and prospects. Microchimica Acta. 2024, vol. 191, art. 31, s. 1-21.

[12] B. Kawa, P. Śniadek, R. Walczak, J. Dziuban, Nanosatellite payload for research on seed germination in a 3D printed micropot. Sensors. 2023, vol. 23, nr 4, art. 1974, s. 1-12.