La microfluidica è la scienza e la tecnologia che manipola piccolissimi volumi di fluidi (da microlitri a femtolitri) in canali di dimensioni micrometriche. A queste scale il comportamento dei fluidi cambia radicalmente rispetto al mondo macroscopico, aprendo possibilità impensabili per diagnostica, analisi chimica e biologia.
Il fatto fondamentale è che, ai canali microscopici, le forze viscose dominano su quelle inerziali: il numero di Reynolds è molto basso e il flusso è laminare, mai turbolento. Due fluidi che scorrono affiancati non si mescolano per agitazione, ma solo per diffusione attraverso l’interfaccia. Questo rende il comportamento prevedibile e controllabile con precisione, ma rende anche il mescolamento una sfida ingegneristica (servono micromescolatori dedicati).
| Fenomeno dominante a microscala | Conseguenza |
|---|---|
| Flusso laminare (basso Reynolds) | nessuna turbolenza, mescolamento solo per diffusione |
| Alta tensione superficiale | capillarità sfruttabile per muovere fluidi |
| Elevato rapporto superficie/volume | scambi termici e di massa rapidi |
L’applicazione di punta è il laboratorio su chip (lab-on-a-chip): integrare su un singolo dispositivo delle dimensioni di un vetrino le funzioni di un intero laboratorio — prelievo, separazione, reazione, rilevamento. I vantaggi sono volumi minimi di campione e reagenti, rapidità, portabilità e basso costo per analisi.
La microfluidica è alla base della diagnostica point-of-care (test rapidi al letto del paziente), del sequenziamento del DNA ad alta produttività, e degli organ-on-chip, microdispositivi che riproducono il funzionamento di tessuti e organi per la sperimentazione di farmaci senza animali. È un campo dove fluidodinamica, microfabbricazione e biologia convergono.