微流控芯片（上）

什么是微流体？

微流体学是物理学、工程学和生物学的交叉领域，经过几十年的发展。微流体学既是研究流体流经微通道行为的科学，也是使用微型化设备处理或纵少量（10-6至10-12L）流体的系统技术，这些设备包含流体流动或受限的腔室和通道。

自1990年代以来，该学科呈指数级增长，并被视为生命科学研究或更普遍的生物技术的重要工具。对于学术研究人员和工业团体来说，这是一项非常有吸引力的技术，因为它大大减少了样品和试剂的消耗，缩短了实验时间，并降低了应用的总体成本。

微流控芯片定义

微流控芯片，通常被称为芯片实验室设备，是纵和分析小体积流体的微型平台。这些芯片具有模制或图案化的微通道，将混合、泵送和传感等各种功能集成到紧凑的基板上，从而能够精确控制微量液体。

入口和出口端口将此网络连接到外部环境。液体或气体可以通过被动或主动方法从微流体芯片中注入、管理和移除，其中可能涉及压力/流量控制器、注射泵或蠕动泵。微型流体芯片的通道可能具有不同的内径，通常从5~500μm不等，但今天的制造技术使结构具有亚微米级精度。通道网络必须专门针对所需的应用和分析（细胞培养、器官芯片、DNA分析、芯片实验室、微流体液滴等）进行专门设计。

微流控芯片简史

微流控的历史可以追溯到1950年代，主要是喷墨打印机制造。这些打印机背后的机制基于微流体技术，涉及使用非常小的管子来输送墨水进行打印。

1970年代，在硅片上构建了微型气相色谱仪。到1980年代末，第一个基于硅微加工的微阀和微泵也已经问世。在接下来的几年里，推出了几种硅基分析系统。

所有这些示例都代表了微流体系统，因为它们一方面能够精确控制不断减少的流体体积，另一方面涉及流体处理系统的小型化。该领域的一项重大贡献是在快速原型聚合物聚二甲基硅氧烷（PDMS）中开发软光刻技术，作为制造原型器件和测试新想法的方法。

在1990年代，微纳加工技术的进步扩大了微流体系统的可能性。研究人员开始为从化学分析到医疗诊断的各种应用设计芯片实验室设备。这个时代见证了第一个带有集成传感器和阀门的微流体设备的出现。

随着21世纪的到来，微流体技术越来越受欢迎。该技术在基因组学、蛋白质组学、药物发现和即时诊断中得到了应用。研究人员探索了器官芯片模型的潜力，复制人类生理条件以进行更准确的测试。

今天，微流体技术继续突破界限，正在进行的研究重点是提高精度、可扩展性以及与其他科学学科的整合。多年来，研究人员花费了大量时间开发新的微流控组件，用于流体输送、流体计量、流体混合、阀门或微型流体中的分子浓缩和分离。为了更好地理解微流控的影响，我们可以用计算机的进化来类比。在1960年代，运行一台计算机需要一整个房间。从那时起，每个组件的尺寸都缩小了，笔记本电脑产品出现了。现在，简单的智能手机比以前制造的任何计算机都更强大，从而降低了价格并提供了更加用户友好的体验。微流控也是如此！

微流控芯片的工作原理

微流控使用小体积和空间处理非常精确的流体控制，“micro”前缀是指以下一个或多个功能：

● 小体积（μL、nL、pL、fL）

● 小尺寸（mm，μm）

微流控芯片是微流控研究中使用的设备，其中微通道已被模制或图案化。微通道连接以允许流体通过不同的通道，从一个位置移动到另一个位置。主动微流体是指由有源组件（如微流体泵或微流体阀）执行的流体处理。微流体泵，例如压力驱动控制器、蠕动泵或注射泵，以连续方式供应流体或用于加液，而微流体阀可以注入精确体积的样品或缓冲液。