Hoofdstuk 3
Opgave 3.1
In een injectiespuit past 15 mL vloeistof. Hoeveel cm3 is dat? Hoeveel liter? En hoeveel m3?
- 15 mL = 15 cm3
- 15 mL = 0,015 L
- 15 mL = 0,000015 m3 (1,5 * 10-5 m3)
Opgave 3.2
Een rechthoekig kanaaltje in een chip is 0,30 mm hoog x 0,30 mm breed en 120 mm lang. Bereken het volume in m3 en in L. Hoeveel nL is dat?
- 0,3 * 0,3 * 120 = 10,8 mm3
- 10,8 mm3 = 1,08 * 10-8 m3
- 10,8 mm3 = 1,08 * 10-5 L
- 1,08 * 10-5 L = 10.800 nL
Opgave 3.3
Een rond kanaaltje in een chip heeft een diameter van 0,30 mm en een lengte van 120 mm. Bereken het volume in m3 en in L. Hoeveel nL is dat?
- π*0,15²*120= 8,48 mm³
- 8,48 mm3 = 8,48 * 10-9 m3
- 8,48 mm3 = 8,48 * 10-6 L
- 8,48 * 10-6 L = 8.480 nL
Opgave 3.4
Waar ergens op de slang van Bais bevindt zich de technologie van de Lab on a chip? Je mag het antwoord in graden geven.
Lab on a chip bevindt zich op 120° op de slang van Bais.
Opgave 3.5
Leg uit waardoor een mens vanuit stand recht omhoog springend niet eens zijn eigen lengte haalt, terwijl een vlo vele malen zijn eigen lengte kan hoogspringen. Bedenk daarbij dat spierkracht afhangt van de oppervlakte van de doorsnede van de spier.
Een vlo heeft, door zijn kleine formaat, een gunstigere verhouding tussen de doorsnede van de spier (kracht) en zijn eigen gewicht (massa). Oppervlakte schaalt kwadratisch, maar volume/gewicht schaalt kubisch. Hoe kleiner het dier, hoe sterker het in verhouding is.
Opgave 3.6
Wat is er zo eigenaardig aan de structuurformule van PDMS vergeleken met 'normaal' SiO2?
PDMS heeft organische bindingen (methylgroepen) en SiO2 niet.
Opgave 3.7
Wat wordt bedoeld met lithografie?
Lithografie is een productiemethode waarbij met behulp van licht patronen in een lichtgevoelig materiaal worden gemaakt. Het licht valt door een masker (dat een bepaalde vorm heeft) op de lichtgevoelige stof. Waar het licht valt, verandert het materiaal, waarna het verder bewerkt of geëtst kan worden.
Opgave 3.8
Wat is een cleanroom en waarom is deze noodzakelijk voor nanotechnologie?
Een clean room is een kamer die stofvrij is. Dit is noodzakelijk voor nanotechnologie omdat nanotechnologie gemaakt wordt op heel kleine schaal. Als er in het maakproces stofdeeltjes in de technologie, zijn die relatief heel groot en kunnen een onstakel vormen. Hierdoor kan de chip mogelijk niet meer werken of fouten maken, daarom is een stofvrije ruimte noodzakelijk zodat dit niet gebeurt.
Opgave 3.9
Leg uit waarom wij longblaasjes in onze longen hebben. En waarom wij zulke lange en gerimpelde darmen hebben.
Wij hebben longblaasjes zodat het contactoppervlak gigantisch wordt, waardoor we snel en veel zuurstof uit de lucht kunnen opnemen en CO2 kunnen afstaan. Wij hebben lange en sterk geplooide/gerimpelde darmen omdat hierdoor het oppervlak (de darmwand) enorm toeneemt. Hoe groter de oppervlakte, hoe meer voedingsstoffen en water er efficiënt opgenomen kunnen worden.
Opgave 3.10
Bereken de verhouding A/V voor een bolletje met straal 1,0 cm. En doe dit ook voor een regendruppel met een straal van 2,0 mm.
A bol = 4*π*1² = 12.6 cm²
V bol = 4/3*π*1³ = 4.2 cm³
Verhouding A/V bol = 12.6/4.2 = 3
A druppel = 4*π*2² = 50,3 mm²
V druppel = 4/3*π*2³ = 33,5 mm³
Verhouding A/V druppel = 50,3/ 33,5 = 1,5
Opgave 3.11
Leg uit waardoor het komt dat een klein kind het veel sneller koud heeft dan een volwassene, als ze bijvoorbeeld samen buiten gaan zwemmen.
Dit komt doordat de verhouding oppervlakte ten opzichte van volume (en dus lichaamsgewicht) groter is bij een kind in vergelijking met een volwassene. Hierdoor verliest het kind relatief meer warmte via de huid aan het koudere water, en koelt het sneller af.
Dus eigenlijk is de A/V verhouding anders bij een kind, dan bij een volwassene.
Opgave 3.12
Leg uit waarom een boer zijn weiland beter water kan geven met een waterkanon dan met een fijne nevelspuit.
Als een boer met een waterkanon spuit (grote druppels), is het totale verdampingsoppervlak aan de buitenkant relatief kleiner dan wanneer het water in miljarden fijne neveldruppeltjes wordt opgesplitst (enorme toename in oppervlakte). Bij een nevelspuit verdampt er dus veel meer water onderweg voordat het de grond raakt.
Opgave 3.13
Bereken de verhouding A/V voor een druppeltje met een straal van 40 µm (in een chip).
A druppel = 4*π*40² = 20106,2 µm²
V druppel = 4/3*π*40³ = 268082.6 µm³
Verhouding A/V druppel = 20106,2/ 268082.6 = 0.075
Opgave 3.14
Maak een samenvatting van de theorie tot en met hoofdstuk 3 waarin je de voor- en nadelen van Lab on a chip beschrijft.
Enkele voordelen van Lab on a Chip zijn dat door de kleine schaal de materiaalkosten ook erg klein zijn. Ook is het aanraakoppervlak tussen 2 stoffen groter in verhouding met een normaal lab. Ook is het door de geringe grootte makkelijk injecteerbaar. Enkele nadelen zijn dat 1 stukje stof het hele lab kan laten stoppen met functioneren en dat lab on a chip dus in een afgesloten stofvrije ruimte moet plaatvinden wat duur is om te maken en constante voorzichtigheid vergt. Een lab on a chip is natuurlijk klein en het zelf fabriceren is dus lastig met de hand en makkelijk kapot te maken. En bovendien een priegelwerkje.
Opgave 3.15
Welke argumenten kun jij bedenken voor- en tegen de stelling: Lab on a chip valt onder de nanotechnologie?
Argumenten voor: de effectieve delen en sensoren die gebruikt worden, bevinden zich soms wel op nanoschaal. Ook wordt er gebruik gemaakt van nanofluïdica in specifieke toepassingen.
Argumenten tegen: Vaak is er geen enkele dimensie van de kanalen onder de 100 nanometer (alles speelt zich af in de micrometer-schaal), waardoor het per definitie vaker microtechnologie is dan nanotechnologie.
Hoe kunnen wetenschappers ervoor zorgen dat deze techniek niet meedeelt in de negatieve gevoelens rondom nanotechnologie?
Door het duidelijk "microtechnologie" of "microfluïdica" te noemen en de nadruk te leggen op de (veiligere) microschaal, waardoor mensen zich geen zorgen maken over gevaarlijke nanodeeltjes.
Opgave 3.16
a. De kanalen in glazen Lab on a chips worden op verschillende manieren gemaakt. Welke (2) manieren zijn dat?
De 2 manieren om kanalen te maken, zijn: lithografie en etsen.
b. Bekijk de kanaaltjes. Wat valt je op? (Practicum)
c. Welke gevolgen heeft de structuur van de kanalen voor de proeven die je in de chip doet?
Als er gebruik gemaakt wordt van meer kronkelingen, is er een langere afgelegde weg voor de vloeistoffen en kunnen ze beter mengen. Bij heel kleine of ruwe kanalen zal er minder vloeistof tegelijk doorheen kunnen stromen, of is er zoveel weerstand dat er helemaal geen vloeistof doorheen stroomt, wat de proef kan doen mislukken.
Opgave 3.17
a. Bedenk tenminste twee redenen waarom je Lab on a chip zou willen ontwikkelen en twee redenen om dat juist niet te doen.
Redenen om lab on a chip te ontwikkelen:
- Het is door de kleine schaal erg goedkoop per analyse.
- Er worden zeer kleine hoeveelheden (mogelijk gevaarlijke) chemicaliën gebruikt, waardoor het risico op ongelukken en schade veel kleiner is.
Redenen om niet een lab on a chip te ontwikkelen:
- De chips zijn kwetsbaar: als je onhandig bent of hem stoot, kan de lab on a chip al kapotgaan.
- Stofdeeltjes kunnen het proces snel blokkeren en resultaten verpesten.
- Het is alleen erg goedkoop als je de analyse vaker moet uitvoeren.
b. Zoek twee toepassingen en geef je mening over de argumenten.
- Bloed meten: Argument ontwikkelaar is dat het goedkoper is en thuis kan worden gedaan. Mening: Ik vind dit logisch en erg handig voor de patiënt.
- Milieuonderzoek: Argument ontwikkelaar is dat het op grote schaal goedkoop in het veld gedaan kan worden zonder extra chemisch afval in het milieu te dumpen. Mening: Ik ben het hiermee eens, duurzaamheid is belangrijk.
Opgave 3.18
Lab on a chips worden ook van polymeren (kunststoffen) gemaakt. Welke eigenschappen maken ze geschikt? Hoe kunnen ze bewerkt worden?
Polymeren zijn goedkoop, makkelijk bewerkbaar en vaak transparant (handig voor metingen en zien wat er gebeurt). Ze kunnen op veel verschillende manieren bewerkt worden, bv. door lasersnijden of spuitgieten.