中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
據麥姆斯咨詢(xún)報道，麻省理工學(xué)院（MIT）的研究人員已經(jīng)將微流控技術(shù)整合到單根纖維中，從而可以以更復雜的方式處理更大量的流體。研究人員憑借這種方法得以實(shí)現多種新應用，尤其是在醫療測試領(lǐng)域。
由電子工程師、材料科學(xué)家和微系統技術(shù)專(zhuān)家組成的多學(xué)科團隊已經(jīng)研發(fā)出一種方法，解決微流控裝置只能在微觀(guān)尺度使用的挑戰。如麻省理工學(xué)院新聞稿中所述，這樣就能擴大微流控裝置的使用范圍。
目前微通道面臨的限制
微流控裝置是具有微通道的小型系統，可用于化學(xué)或生物醫學(xué)的測試和研究，如處理微小血滴并進(jìn)行測試。通常，這些裝置被制造在類(lèi)似微型芯片的結構上，提供一種以微觀(guān)體積混合、分離和測試流體的方式。
圖片顯示了麻省理工的研究人員如何在長(cháng)纖維中整合導線(xiàn)和微流控通道，
并展示了細胞分選的能力——將活細胞從死細胞中分離開(kāi)來(lái)，因為這兩種細胞對電場(chǎng)的反應不同。
以綠色顯示的活細胞被拉向通道的外邊緣，而死細胞（以紅色顯示）則被拉到中心，允許它們被送入單獨的通道
到目前為止，微流控裝置對那些需要更大量液體來(lái)檢測微量物質(zhì)的程序而言幫助不大。然而，研究人員在新聞發(fā)布會(huì )上表示，麻省理工學(xué)院的研究工作改變了這一現狀，將微流控技術(shù)引入全新的“宏觀(guān)”方法。該項目的主要研究人員之一，麻省理工學(xué)院的研究生Rodger Yuan表示，這項工作也豐富了微流控裝置的尺寸和形狀選擇。
目前，微流控裝置受限于這種系統所使用的硅晶圓尺寸，同樣也限制了流體流過(guò)的通道形狀。Yuan指出，“過(guò)去20年內，大多數微流控研究都采用芯片形式進(jìn)行，因為微加工方法非常適用于在復雜排列下制作高精度通道?！?/p>
現有的微流控裝置只有正方形或矩形截面，Yuan補充道，“硅片技術(shù)非常適合制作矩形橫截面的微流控裝置，除此之外的其他要求則需要專(zhuān)業(yè)技術(shù)。該技術(shù)也能制作三角形橫截面的微流控裝置，但僅限于某些特定角度?！?/p>
突破硅技術(shù)的一種新方法
由Yuan及其團隊開(kāi)發(fā)的基于光纖的新方法通過(guò)實(shí)現通道內各種截面形狀來(lái)突破硅片技術(shù)的局限，包括星形、十字形或蝴蝶結狀。特殊應用，如那些需要在生物樣品中自動(dòng)分選不同種類(lèi)細胞的應用會(huì )發(fā)現這些新形狀將非常有用。Yuan說(shuō)道，“我們介紹了一種以纖維方式制作微流控裝置的新方法，該方法與傳統基于芯片的形式相比具有諸多優(yōu)勢?！?/p>
研究人員使用被稱(chēng)為預成型件的超大聚合物圓柱體開(kāi)發(fā)纖維。它包含最終纖維所需的確切形狀和材料，但形狀更多。這樣能夠幫助研究人員以非常精確的配置完成制作。
科學(xué)家們將預成型件加熱并加載到滴塔中去。預成型件被拉過(guò)噴嘴，噴嘴將其收縮成一根直徑為預成型件直徑四分之一的窄纖維，并保留所有內部形狀和排列。
研究人員指出，該工藝的獨特之處在于材料也被拉長(cháng)了1600倍。這意味著(zhù)，例如100毫米長(cháng)（4英寸長(cháng)）的預成型件變成160米長(cháng)（約525英尺）的纖維。麻省理工學(xué)院電氣工程系教授，專(zhuān)注于生物微技術(shù)研究的Joel Voldman表示，該方法使得研究人員能夠克服現有微流控裝置固有的長(cháng)度限制。
他繼續說(shuō)道，“有時(shí)候，你需要加工很多材料，因為你所尋找的東西非常罕見(jiàn)?！边@使得該技術(shù)特別適用于檢測在流體中以非常小濃度存在的微觀(guān)物體，例如數百萬(wàn)正常細胞中的少量癌細胞，因為“纖維可以任意拉長(cháng)，長(cháng)度允許液體留在通道內并與之相互作用的時(shí)間變得更長(cháng)?！盫oldman解釋道。研究人員在《美國科學(xué)院院報》（ Proceedings of the National Academy of Sciences，PNAS）上發(fā)表了一篇與他們的研究工作相關(guān)的論文。
與傳統微流控裝置相比的幾處不同
麻省理工學(xué)院團隊研究人員開(kāi)發(fā)的微流控裝置與傳統裝置有幾處不同。其一是微通道可以根據長(cháng)度需求進(jìn)行制作，允許不間斷的液體流動(dòng)。通常的微流控裝置通過(guò)在微型芯片上來(lái)回循環(huán)的方法制作長(cháng)通道，但由此產(chǎn)生的扭曲和迂回將有可能改變通道輪廓并影響液體流動(dòng)的方式。
新微流控裝置系統允許將電子元件（如導線(xiàn)）整合到纖維中，使用介電泳的方法操縱細胞。細胞將受到通道兩側兩根導線(xiàn)之間產(chǎn)生的電場(chǎng)的不同影響。
Voldman表示，為了測試該裝置，研究人員使用這種辦法來(lái)控制電壓，以便以高流速推動(dòng)和拉動(dòng)細胞。在試驗中，他們將死亡細胞從活細胞中分選出來(lái)，驗證了該裝置執行此類(lèi)任務(wù)的效率。
Yuan表示，團隊計劃繼續開(kāi)發(fā)該裝置，以增強其區分不同細胞細微差異的能力，并擴展其在其他領(lǐng)域的應用。
他繼續說(shuō)道，“首先，我們正在致力于進(jìn)一步開(kāi)發(fā)細胞分離效率、通量和選擇性，以適用于稀有細胞分離，如從血液中分離循環(huán)腫瘤細胞。其次，我們很高興我們的光纖流控平臺能夠適應細胞分離之外的新領(lǐng)域，我們希望光纖流控系統的獨特性能能夠解決各種應用中的問(wèn)題?！?/p>
然而，研究人員也表明了他們不期望他們的方法取代目前的微流控策略，更多地是作為對微流控技術(shù)的補充，為以前無(wú)法實(shí)現的特定用途鋪平道路。
