據(jù)麥姆斯咨詢報道，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(fù)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現(xiàn)多種新應(yīng)用，尤其是在醫(yī)療測試領(lǐng)域。

由電子工程師、材料科學(xué)家和微系統(tǒng)技術(shù)專家組成的多學(xué)科團(tuán)隊已經(jīng)研發(fā)出一種方法，解決微流控裝置只能在微觀尺度使用的挑戰(zhàn)。如麻省理工學(xué)院新聞稿中所述，這樣就能擴(kuò)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(tǒng)，可用于化學(xué)或生物醫(yī)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似微型芯片的結(jié)構(gòu)上，提供一種以微觀體積混合、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纖維中整合導(dǎo)線和微流控通道，并展示了細(xì)胞分選的能力——將活細(xì)胞從死細(xì)胞中分離開來，因為這兩種細(xì)胞對電場的反應(yīng)不同。以綠色顯示的活細(xì)胞被拉向通道的外邊緣，而死細(xì)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)布會上表示，麻省理工學(xué)院的研究工作改變了這一現(xiàn)狀，將微流控技術(shù)引入全新的“宏觀”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(tǒng)所使用的硅晶圓尺寸，同樣也限制了流體流過的通道形狀。Yuan指出，“過去20年內(nèi)，大多數(shù)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(fù)雜排列下制作高精度通道。”

現(xiàn)有的微流控裝置只有正方形或矩形截面，Yuan補(bǔ)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。”

突破硅技術(shù)的一種新方法

由Yuan及其團(tuán)隊開發(fā)的基于光纖的新方法通過實現(xiàn)通道內(nèi)各種截面形狀來突破硅片技術(shù)的局限，包括星形、十字形或蝴蝶結(jié)狀。特殊應(yīng)用，如那些需要在生物樣品中自動分選不同種類細(xì)胞的應(yīng)用會發(fā)現(xiàn)這些新形狀將非常有用。Yuan說道，“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(tǒng)基于芯片的形式相比具有諸多優(yōu)勢。”

研究人員使用被稱為預(yù)成型件的超大聚合物圓柱體開發(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(yù)成型件加熱并加載到滴塔中去。預(yù)成型件被拉過噴嘴，噴嘴將其收縮成一根直徑為預(yù)成型件直徑四分之一的窄纖維，并保留所有內(nèi)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了1600倍。這意味著，例如100毫米長（4英寸長）的預(yù)成型件變成160米長（約525英尺）的纖維。麻省理工學(xué)院電氣工程系教授，專注于生物微技術(shù)研究的Joel Voldman表示，該方法使得研究人員能夠克服現(xiàn)有微流控裝置固有的長度限制。

他繼續(xù)說道，“有時候，你需要加工很多材料，因為你所尋找的東西非常罕見。”這使得該技術(shù)特別適用于檢測在流體中以非常小濃度存在的微觀物體，例如數(shù)百萬正常細(xì)胞中的少量癌細(xì)胞，因為“纖維可以任意拉長，長度允許液體留在通道內(nèi)并與之相互作用的時間變得更長。”Voldman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(tǒng)微流控裝置相比的幾處不同

麻省理工學(xué)院團(tuán)隊研究人員開發(fā)的微流控裝置與傳統(tǒng)裝置有幾處不同。其一是微通道可以根據(jù)長度需求進(jìn)行制作，允許不間斷的液體流動。通常的微流控裝置通過在微型芯片上來回循環(huán)的方法制作長通道，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的方式。

新微流控裝置系統(tǒng)允許將電子元件（如導(dǎo)線）整合到纖維中，使用介電泳的方法操縱細(xì)胞。細(xì)胞將受到通道兩側(cè)兩根導(dǎo)線之間產(chǎn)生的電場的不同影響。

Voldman表示，為了測試該裝置，研究人員使用這種辦法來控制電壓，以便以高流速推動和拉動細(xì)胞。在試驗中，他們將死亡細(xì)胞從活細(xì)胞中分選出來，驗證了該裝置執(zhí)行此類任務(wù)的效率。

Yuan表示，團(tuán)隊計劃繼續(xù)開發(fā)該裝置，以增強(qiáng)其區(qū)分不同細(xì)胞細(xì)微差異的能力，并擴(kuò)展其在其他領(lǐng)域的應(yīng)用。

他繼續(xù)說道，“首先，我們正在致力于進(jìn)一步開發(fā)細(xì)胞分離效率、通量和選擇性，以適用于稀有細(xì)胞分離，如從血液中分離循環(huán)腫瘤細(xì)胞。其次，我們很高興我們的光纖流控平臺能夠適應(yīng)細(xì)胞分離之外的新領(lǐng)域，我們希望光纖流控系統(tǒng)的獨特性能能夠解決各種應(yīng)用中的問題。”

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(bǔ)充，為以前無法實現(xiàn)的特定用途鋪平道路。