Z przyjemnością informujemy, że w dniu 1 grudnia 2023 roku Rada Naukowa IPPT PAN nadała Damianowi Zarembie stopień doktora w dziedzinie nauk inżynieryjno-technicznych, w dyscyplinie inżynieria mechaniczna. Rada Naukowa wyróżniła jego rozprawę doktorską.
Dr inż. Damian Zaremba obronił w dniu 14 listopada 2023 roku rozprawę pt. „Seguential Logic and Iterative Systems in Droplet Microfluidics”. Promotorem pracy jest dr hab. Piotr Korczyk, prof. IPPT PAN. Recenzentami byli: prof. dr hab. inż. Michał Chudy z Politechniki Warszawskiej, prof. dr hab. inż. Jacek Szumbarski z Politechniki Warszawskiej, prof. dr hab. Piotr Szymczak z Uniwersytetu Warszawskiego.
Zdjęcie grupowe, od lewej: prof. Piotr Szymczak, Uniwersytet Warszawski, dr hab. Piotr Korczyk, prof. IPPT PAN – promotor pracy, mgr inż. Damian Zaremba, prof. Michał Chudy, Politechnika Warszawska oraz pamiątkowe zdjęcie z promotorem
Mikrofluidyka kropelkowa to nowe narzędzie coraz częściej wykorzystywane w naukach medycznych, biologicznych i chemicznych. Jej zasadniczą cechą jest wykorzystanie dwóch niemieszających się cieczy w zminiaturyzowanych urządzeniach mikroprzepływowych. Jedna z cieczy tworzy kropelki na bazie wody, a druga, zazwyczaj olej z dodatkiem surfaktantu, transportuje je przez skomplikowaną sieć mikrokanałów. Podstawową czynnością jest tworzenie i manipulowanie kroplami w tych urządzeniach. Szerokie możliwości manipulacji kroplami pozwalają na implementację złożonych algorytmów i umożliwiają przeprowadzenie nowatorskich eksperymentów w wymienionych dziedzinach.
Manipulacja kroplami obecnie wciąż odbywa się za pomocą zaworów, elektrod, pomp oraz innych komponentów. Zastosowanie tych elementów wymaga odpowiedniego zaprojektowania mikrokanałów w sposób umożliwiający ich połączenie z elementami zewnętrznymi w jednym urządzeniu. Skomplikowanie i koszt takiego urządzenia zwykle wzrasta wraz ze złożonością zadania laboratoryjnego. Motywacją pracy doktorskiej było ograniczenie stosowanych zewnętrznych elementów do niezbędnego minimum przy jednoczesnym zwiększeniu możliwości manipulowania kropelkami poprzez umiejętne wykorzystanie geometrii wbudowanych bezpośrednio w układ mikroprzepływowy.
Praca rozpoczęła się od badań istniejących geometrii mikroprzepływowych, takich jak rozwidlenia kanałów, złącza T do formowania kropel oraz pułapek mikroprzepływowych, w których badano mechanizmy ucinania i unieruchamiania kropel. Wskutek tego opracowano nowe złącze mikroprzepływowe wymuszające kierunek przepływu kropel do jednego z obu wyjść. Badania nad tym złączem pokazały, że dodanie szczeliny do rozwidlenia kanałów w kształcie Y umożliwia kontrolę przepływu kropel w pętlach lub bardziej złożonych sieciach mikroprzepływowych.
Wykorzystując badania nad tymi strukturami mikroprzepływowymi dokonano rozwoju logiki sekwencyjnej wewnątrz układów mikroprzepływowych do manipulowania kroplami oraz sprzężenie algorytmów cyfrowych z opracowaną architekturą mikroprzepływową do modyfikowania zawartości kropel. Rozwój tych kwestii jeszcze bardziej upodabnia mikroprzepływy do układów cyfrowych oraz wprowadza w świat mikroprzepływów kropelkowych potęgę informatyki, a dokładniej cyfrowego przetwarzania sygnałów.
Urządzenia mikroprzepływowe przedstawione w tej pracy, takie jak liczniki kaskadowe, układy permutujące krople lub system do dowolnej modyfikacji zawartości kropel, mogą pozytywnie wpłynąć na dziedzinę i otworzyć drogę do dalszego rozwoju programowalnych i opartych na logice sekwencyjnej urządzeń mikrofluidycznych. Ostateczne wyniki pokazują, że dzięki odpowiedniej kombinacji geometrii mikroprzepływowych do wykonywania określonych funkcji i umiejętnemu sterowaniu pompami, możliwe jest wykonywanie złożonych manipulacji kropelkami w systemach mikroprzepływowych przy jednoczesnym zmniejszeniu liczby komponentów.
