微流体

概览

微流体装置在通常尺寸为上至下相间数十到数百个出行道中操纵液体. 在这个尺度下,粘性效应往往支配惯性的出现相干作用的会起相对重要的作用而扩散可以制约混合. 这些特性使得能使用很少的样品或试剂进行紧凑测定,精确地分出梯度来处理单细胞和高度平行的水滴反应.

技术基础

在小通道维度下,雷诺兹数往往很低 因此整个渠道的动力扩散速度 超过了惯性结构的增长。 因此,压力驱动的流量接近可预测的升降机轮廓;液压阻力与截面形成强烈相上下。 毛细管数将粘性应力与表面张能对比,并会帮助确定液滴分解. 佩克列特数将平流与分子扩散相比较,解释为什么相邻的两个溪道在混合之前可以远行. 电动流会给运输问题增加电气双层,zeta潜力和焦耳取暖.

如何运作

压力,电通渗透性能相克活泼或离心力所驱动的动力通过有图案网络来流动. 通道几何设置了液压阻力并分出流来,而阀门被子膜和地表处理控制时间与湿润. 滴放系统使用不可相上的阶段来隔离反应体积. 光学,电化学或机械传感器再读取芯片内部的分子绑定物、细胞行为和反应产出。

衡量和研究方法

设备由软平面、注射模具取出法,激光机械用能克活化器和玻璃蚀刻或添加剂等方法所制造。 荧光粒子跟踪和微粒图像的活度测量流量;压力传感器与流标准校正阻. 生物实验量化细胞恢复,可行性活性能以及分子捕捉和有矩阵相匹配的控制的检测极限. 表面钝化能减少非特异性吸附,而气泡陷阱或分解气体管理溶出物. 统计验证必须涵盖芯片到晶体和批量至地块的变异,因为一个单一精确成像的设备不能建立可制造的过程.

二. 主要想法

• 低雷诺兹数使得大多数的信道流起于平相,但拉米纳尔并不意味着无运动或未混合.
• 表面化学和制造耐受性可以随着维度收缩而主导表现.
• 实验室演示只有在可靠的样品制备和流体相接问题得到解决后,才能成为产品.

目前的研究领域

前沿将微流体与空间相通,自动化器官模型和连续生物过程监测相结合. 数字微流体在电极阵列上以电子方式移动出滴子,而声学和惯性系统则将没有标签的细胞排序. 为保持实地稳健性,纸张和毛细管平台贸易控制复杂. 挑战包括将宏观规模的样品与微观尺度渠道相连接,处理粘性或颗粒临床材料并不加偏见地恢复分析。 标准化接口,可回收材料和闭路控制对部署很重要. 模型还必须包括变形,湿化的歇斯底里和在理想僵硬通道假设不再适用时细胞表面相互作用.

为什么它很重要

微流体支持护理点诊断,管风琴相接模型(英语:Organ-on - chip)等数字PCR的粒子合成和快速筛选. 整合可以减少污染,并将可支配弹匣内的准备、反应和探测联系起来。

限制和未决问题

泡子,吸附物等蒸发活化作用的被接入体和可变生物样本可以使小量操作脱落. 从一个芯片向可再生产制造的扩展需要计量、包装和质量控制,而临床使用则需要在经过认真控制的实验室之外取得强有力的业绩。