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移动式微通道可实现微流体的变革 - China Medical Device Manufacturer
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Wed, January 17th, 2018

2010年6月CMDM电子快讯 » 技术新知
移动式微通道可实现微流体的变革

高速摄影图像显示实验室级芯片器械上直线通道的定向形成。
微流体已问世近三十年,它为科学家提供了一个可进行各种医疗应用开发的平台,从临床诊断和实验室级芯片产品到给药和植入式器械。尽管已对微流体技术深入研究,仍无法开发出具有多种功能的可定义和可操纵的微通道结构。目前,辛辛那提大学(UC;美国俄亥俄州辛辛那提;www.uc.edu)电子工程学副教授Jason Heikenfeld和Ian Papautsky正在合作寻找移动式微流体通道的制造方法,以便大幅提升该技术的灵活性。

“如今的微流体实验室级芯片器械通常采用聚合物制成——尤其在医疗应用领域,该领域常常需要便宜的一次性器械,”UC的生物微系统实验室和微米/纳米加工工程研究中心主任Papautsky说道,“这些器械包含固定式微通道。”每个实验室级芯片必须能实现一种特定功能,一般是单项化验。“目前的实验室级芯片器械实际上是芯片仪器,”Papautsky补充说,“利用我们的技术能生产出定制微流体通道网络,使我们向在单一器械上完成多项化验的实验室级芯片概念更进了一步。”

Papautsky解释说,传统的微流体器械具有高通量的特性,主要用于连续流——例如,利用注射泵推送的流体流。而被称为数字微流体的一类微流体能利用电场操控不连续液滴。该方法的优点在于液滴可以在平面电极的二维区域内移动、混合或分离。在这种器械中,可以通过设置施加电位的次序和位置实现对单个或多个液滴的操控-Papautsky将其比作在棋盘上移动物件。“我们的技术将这两种方法相结合,”他说,“我们利用电场形成虚拟微流体通道-称其为虚拟是因为它们不受物理壁限制。然后,我们就能够不断移动液体穿过已形成的管道。”

UC研究人员开发出的芯片含有聚合物柱阵列,其上覆盖有金属导电电极和一种疏水性电介质绝缘体材料。当对阵列施加电位时,润湿接触角的局部变化使液体在柱间流动,形成虚拟通道,操控此通道即能执行不同类型的化验。

科学家研制出的微流体芯片由于具有这种性能,可用于诸如床旁诊断器械等医疗应用领域。“实质上,我们的技术能利用同一器械完成多项或连续诊断化验。在资源有限的环境(如第三世界国家)中,这一点是极为重要的。”Papautsky说道。

Heikenfeld和Papautsky正在与田纳西大学(诺克斯维尔;www.utk.edu)材料科学与工程系副教授Philip Rack合作,将他们的微流体芯片与同类LCD显示屏像素驱动电子设备相整合。该技术最终可用于便携式手持仪器中。“一次性微流体芯片最终可达到记忆卡或火柴盒大小,手持仪器或读出器可达iPhone大小,”Heikenfeld指出,“芯片可插入读出器内,读出器软件可供用户定义化验或通道配置,在一定程度上类似于葡萄糖监测仪。”-Bob Michaels

本文英文版最初发表于《医疗产品制造新闻》(Medical Product Manufacturing News)2010年5月刊。
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