自上個世紀80年代初問世以來，微流控技術的發(fā)展受到來自工程、物理、化學、生物化學、納米技術和生物技術等多門學科的綜合影響，正在不斷擴展其生物醫(yī)學平臺的應用范圍及其相關下游應用。例如，有許多生物醫(yī)學和研究應用都通過微量流體處理，來實現(xiàn)復選、自動化和高通量篩選。

微流控技術的實施依賴于對約束在小型器件內部流體的精確控制和操作。被稱為“微流控芯片”的器件內部，包含由硅、玻璃或塑料等材料通過蝕刻或注塑而成型的微通道。與宏觀尺度分析系統(tǒng)（如基于微板或微管道的系統(tǒng)）相比，微流控分析系統(tǒng)有諸多優(yōu)勢，如顯著縮減反應時間、減小尺寸、減少分析時間、提高試劑利用率以及更低的成本。

通常而言，微流控芯片處理的流體量為納升到皮升數(shù)量級。基于毛細管（被動）、微泵和微閥（主動）的微流體控制技術都已經被開發(fā)出來。微流控技術的實用性被大大提高，緊跟細胞生物學、分子診斷、蛋白質組學以及DNA測序領域的研究和發(fā)展步伐。微流控技術更為人熟知的應用為噴墨打印頭、芯片實驗室系統(tǒng)以及用于毒素或病原體監(jiān)測的生物傳感器。

據息，7月11-12日，將在美國費城舉辦一場微流控會議，該會議將帶來微流控領域的最新發(fā)展和應用。這次會議的演講內容將包括微流控的發(fā)展策略及其技術進展、案例研究以及在醫(yī)學研究領域的應用。相關企業(yè)、科學家和研究學者都將出席并參與分享。GEN雜志在開會前夕采訪了部分與會科學家，邀請他們分享了他們將在大會上介紹的關于微流控技術領域需要重點關注的獨特進展。

微型聲流控（Microscale Acoustofluidics）

賓夕法尼亞州立大學（Pennsylvania State University）生物工程科學與力學教授黃竣（Tony Jun Huang）博士，將展示一項稱為聲流控的創(chuàng)新型技術。他將為大家?guī)碓S多融合聲學和流體學技術的生物醫(yī)學系統(tǒng)。這些系統(tǒng)不僅通過了概念驗證階段，還證明了其生物相容性。

微型聲流控系統(tǒng)的功率強度和頻率保持在生物相容性范圍內。從本質上說，聲流控系統(tǒng)處理過程并不會改變細胞特性。黃博士表示：“微型聲流控系統(tǒng)中的能量強度，與用于懷孕檢測的超聲波成像相當，，而后者已經驗證了其內在安全性?！?/span>

聲學“鑷子”從血細胞中分離循環(huán)腫瘤細胞的過程

實際上，從生物學上來說，該技術非常溫和，能夠應用于蛋白質、高分子量DNA的轉運，并能夠在不破壞或細胞不失活的前提下轉運活體細胞，因此該技術適用于多種應用，如蛋白質組學和基于細胞的分析等。這款聲流控裝置的尺寸和手機差不多，且價格低廉，能夠提供高精度、高通量、高效率的細胞/顆粒/流體轉運。

黃博士想要重點強調的下游應用之一，是循環(huán)腫瘤細胞的檢測和分離，該方法可用于癌癥診斷。他表示“該技術擅長罕見細胞的檢測和分離，它能夠分離并保存完整的細胞，用于之后的遺傳型潛在治療分析?！?/span>

毛細管微流控

麥吉爾大學（McGill University）生物醫(yī)學工程副教授David Juncker博士將闡述毛細管微流控系統(tǒng)，一種用于免疫分析和細菌檢測的快速成型技術。Juncker博士將描述如何使用親水性材料（主要是硅基芯片），通過蝕刻專門設計的微通道，實現(xiàn)流體控制的毛細管流體驅動系統(tǒng)。Juncker博士用“更復雜的流體通道實現(xiàn)更復雜的流體功能”來形容該系統(tǒng)。

Juncker博士帶領著一支來自麥吉爾大學微納米生物工程實驗室的科學家團隊。該實驗室研究一維毛細管微流體技術，從線型連續(xù)流動到串型數(shù)字毛細管微流體液滴。“我們把線型微流體和串型微液滴作為混合器，并且正在驗證該想法在組織工程學領域的可行性?！?/span>

該實驗室的部分下游應用包括心臟病免疫分析和尿路感染（urinary tract infections, UTIs)細菌檢測。Juncker博士指出：“我們推出的基于毛細管微流控技術的尿路感染的大腸桿菌檢測（E. coli），所需檢測時間大約為7分鐘，而經典培養(yǎng)法的檢測時間往往需要幾個小時到幾天不等?！贝蠖鄶?shù)輸入的樣本都可以進行測試，如尿液、血清和血漿。Juncker博士繼續(xù)說道，“借助這種方法，我們可以通過免疫抗體檢測得出細菌總數(shù)?！?/span>

他把這種用于快速細菌檢測的3D打印工藝稱為“為學生而變革（transformative for students）”的技術，因為僅需花費半個到一個小時的時間就可以設計并制備出原型樣機，并可以在需要的時候快速的對該樣機進行重新設計。Juncker博士宣稱，“這樣能幫助學生通過反復使用該3D打印工藝，盡快克服他們所遇到的困難，并創(chuàng)建更多復雜的微流體管路?！彼膱F隊融合了生物材料、能源、流體力學、免疫學以及微生物學等多學科的專業(yè)知識。

Juncker博士及其同事著作頗豐，自2013年以來，他們已經在多本雜志上發(fā)表了超過21篇論文。Juncker博士說，“我們也正打算進一步探索DNA測試領域，作為我們研究成果的下一個應用領域?！?/span>

紙基微流控

科羅拉多州立大學（Colorado State University）化學教授兼Henry集團領導人Charles Henry博士，將在會議上闡述用于人類臨床試驗和環(huán)境診斷的紙基微流控芯片的近期發(fā)展。紙基微流控器件的優(yōu)勢包括潛在的易用性、低成本和易處置性。

“從普通沃特曼濾紙到復印紙，我們已經測試并使用了所有類型的紙張?！?Henry博士表示，在疾病診斷應用領域，Henry集團與科羅拉多州立大學的獸醫(yī)學、微生物學、心理學及其它部門展開合作，開發(fā)包括西尼羅河病毒、中東呼吸綜合癥、肺結核、人類乳突病毒和寨卡病毒在內的單個和多重細菌、病毒靶標分析。

就臨床診斷而言，Henry博士指出：“最近，他們專注于使用紙基矩陣微流控芯片應用于肽核酸的比色檢測分析，該分析可用于細菌和病毒的快速檢測?！?/span>

Henry博士集結了一支國際合作團隊，研究將紙基微流控芯片應用于環(huán)境監(jiān)控和檢測 ，并已就相關主題發(fā)表了多篇論文。他們的研究專注于個體暴露環(huán)境下的金屬檢測和有機物反應評估，就快速反應和敏感度分析而言，多孔微流控芯片在該應用領域能夠提供獨特的分析能力，而且其價格很便宜。他們發(fā)表的紙基微流控芯片論文將電化學和比色檢測結合在一起，應用于工業(yè)應用領域的金和鐵金屬的快速篩查。

“紙基微流控傳感技術的另一個應用是可以作為可穿戴PM2.5檢測裝置，應用于死亡率或發(fā)病率篩查的環(huán)境檢測。”Henry博士解釋道。他們近期的另一個研究項目，是利用光刻技術在濾紙上制作微流體通道，將電化學檢測和紙基微流控器件相結合。Henry博士及其團隊使用絲網印刷技術在紙基微流控裝置上制備電極，通過氧化酶反應來測定生物樣本中葡萄糖、乳酸和尿酸的含量，并證明了其實用性。

液滴微流控

加拿大液滴微流控和芯片實驗室研究會主席，滑鐵盧大學（University of Waterloo）機械與機電工程系教授Carolyn Ren博士，將在會議上發(fā)表關于一種高通量篩選分析使能技術——液滴微流控的主題演講。她將描述幾個運用納升尺寸液滴進行高通量篩選的應用案例。Ren博士的實驗室評估了氣-液分析系統(tǒng)，以及依賴于兩種不混溶液體的液滴微流控分析系統(tǒng)。

“本次演講的重點主要關于液相液滴微流控，”Ren博士說，“涉及液滴生成、捕獲和分選等基本傳輸現(xiàn)象，以及液滴幾何形狀的物理建模，最終，液滴將在丁字型交叉節(jié)點完成分選?！?/span>

在她的實驗中，液滴微流控器件所需的納升級液體試劑量，相比基于微板的分析，降低了大約1000倍。“這是一項能夠平臺化的技術，能夠應用于藥物篩選、DNA檢測、蛋白質結晶及其它應用?！盧en博士表示，“樣本被封裝到液滴內（就像水滴進入油性流體微通道）產生均勻一致的液滴，每個液滴相當于一個微型反應器?！盧en博士的微流控芯片實驗室的研究也包含電學傳感機理，如電容和微波傳感技術等。

生物醫(yī)學應用前景

微流控技術從材料、設計到下游應用的各種進步，都將在本次微流體會議上一一討論，尤其是微流控材料、設計、控制相關的新技術、策略和方法，以及微流控技術在生物研究/生物醫(yī)學領域的應用。從新材料的開發(fā)，到計量精度和液體處理控制的改善，微流控技術正循序漸進地飛速發(fā)展著。此外，液滴、數(shù)字化、離心式和聲學微流控技術也在持續(xù)不斷地完善中。

經過生物醫(yī)學科學家和臨床醫(yī)師試驗證明的功能性微流控應用正在不斷擴大應用領域和使用范圍。這些應用包含細胞、蛋白質、免疫、核酸、生物病原體（細菌和病毒）、化學和環(huán)境監(jiān)測等多種分析。許多未來的生物醫(yī)學問題，從大分子診斷到合成生物學，其中的部分研究以及指向邏輯解決方案的應用路徑都將包含特定類型的微流控技術。