微流體微流體概述、優勢、應用、下一步發展

2021-01-19 大國重器高端電子元器件

微流體系統是能夠使用尺寸為數十至數百微米的微型管道來處理少量液體的系統。儘管目前處於發展初期，微流體作為一個突破性技術正處於快速發展期，能夠用於從生物和化學到信息技術和光學的多個領域。



圖為微流體晶片示例


隨著越來越的研究人員認識到微流體的厲害，該技術已被應用到更多新領域來節約研究費用和時間成本。微流體儘管具有壓倒性優勢，但尚未廣泛使用，原因主要是該技術商業化中所面臨的挑戰。

 

微流體系統可使用光刻技術來實現。聚二甲矽氧烷（PDMS）等聚合物已經替代矽和玻璃，廣泛應用在微流體器件的光刻製造中。PDMS是一個透明彈性聚合物，可透過氧氣和二氧化碳，因此在放置細胞方面非常有用。一旦製成了一個模具，可用該模具製造出幾個微型器件，用於研究和診斷。

 

·所需樣品和試劑量極少，尤其是昂貴的試劑，有助於節約成本。

·在檢測和區分分子方面具有高精度和敏感度

·與實驗室大型機器相比，減少分析和診斷系統的佔地面積

·縮短分析時間，更快得到檢驗結果

·液體在微型管道中的分層或平滑流動可實現更有力的流動控制

·可在微尺度對實驗參數和樣品集中度實施更強的控制能力

 

微流體系統廣泛用於毛細管電泳、等電位聚焦、免疫測定、流式細胞術、質譜分析中的樣品注入、聚合酶鏈式反應擴增、DNA分析、細胞分離和操控、細胞圖形化等步驟中。

微流體的研究應用主要是在抗生素耐藥細菌、血液中的納米粒子輸送、化學反應動力學觀察的研究中。

微流體的診斷應用包括癌症和病原學檢測。

微流體器件用於測量分子擴散系統、流體粘度、PH和化學結合係數。

在製藥學產業，微流體系統在生物藥劑學生產中有很多分析性使用，例如，蛋白質藥品製造中的監控和優化、鑑定人類細胞。

 

為微流體系統的設計和製造開發更複雜和創新性技術是當前所需，以及推動微流體器件的商業化。

Dolomite Microfluidics最近發布了其創新型3D流體印表機，稱為「Fluidic Factory」，是首個商用微流體3D印表機，滿足晶片、連接器、閥門、閥組和醫療設備等流體密封設備使用需求。



圖為Dolomite的微流體3D印表機和晶片

 （視頻時長1:16，大小9M）



微流體系統製造商Fluigent基於其專利FASTAB技術研發出MFCS系列微流體控制系統，以克服現有流體控制系統中的液體流量操控問題，特點是壓力驅動流量控制，能夠支持無脈流動和更大的反饋。



圖為Fluigent的MFCS微流體控制系統

 （視頻時長8:52，大小65M）



生物兼容聚合物如PDMS能夠支持嵌入式微流體器件活體生物醫療分析。微流體具備潛力進行單細胞或單分子分析，可以實現在細胞和分子生物的基礎研究。目前，為滿足在蛋白質組、基因組學、代謝組學所需，正在研究新的微流體工具。

 

儘管處於初期，微流體為未來提供了革命性和創新性能力。可以預見，更積極的學術研究將更好地展現該極富吸引力的技術所具備的潛力。


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