在这些纤维里面, 水滴在移动: 用于混合的微流体装置, 分离, 和测试流体可以开辟体检新的可能性

微流控设备是微小的系统与微观通道，可用于化学或生物医学测试和研究. 在可能改变游戏规则的提前, 现在MIT的研究人员已经将微流体系统为单根纤维, 使其能够处理更大的流体体积, 在更复杂的方式. 从某种意义上说, 提前开辟了微流控芯片的新的“宏”时代.

通过在长纤维中集成导线和微流体通道, 研究人员能够证明对细胞进行分类的能力——在这种情况下, 将活细胞与死细胞分离, 因为细胞对电场的反应不同. 活细胞, 显示为绿色, 被拉向通道的外边缘, 而死细胞 (红色) 被拉向中心, 允许将它们发送到不同的通道.

插图由研究人员提供.

传统的微流体器件, 开发并在过去的几十年中广泛使用, 制造微芯片上样结构，并提供混合的方式, 分离, 和检测在微观体积的液体. 医学测试，只需要微小的血液滴, 例如, 通常依赖于微流体. 但这些设备的身材矮小的规模也带来了局限性; 例如, 它们通常是不可用的用于需要较大的液体体积程序，以检测存在于微量物质.

麻省理工学院的一个研究小组发现周围的一种方式, 通过使内部的纤维的微流体通道. 该纤维可以根据需要，以适应更大的吞吐量进行，只要, 他们提供了形状和通道的尺寸很大的控制能力和灵活性. 新概念是在杂志上出现，本周的论文描述 国家科学学院院刊, 写由麻省理工学院的研究生罗杰元, 教授乔尔Voldman和约尔·芬克, 和其他四人.

多学科方法

该项目是约作为“speedstorming”事件的结果 (头脑风暴和速度约会的汞合金, 杰弗里·格罗斯曼教授发起的想法) 这是由芬克唆使时，他是电子的麻省理工学院的研究实验室主任. 该事件旨在帮助研究人员开发新的合作项目, 通过让学生们对和博士后集思广益，六分钟的时间和拿出数百想法在一小时, 其通过面板排名和评价. 在这个特殊的speedstorming会议, 学生在电气工程与他人在材料科学和微系统技术合作，开发一种新的方法来使用细胞一类新的多材料纤维的分类.

袁解释说，, 虽然微流控技术已经被广泛地开发和加工广泛使用少量液体, 它涉及到设备的整体大小的3个固有的局限性受到, 他们的渠道型材, 和结合附加材料，例如电极的难度.

因为它们是用芯片的制造方法典型地由, 微流体装置被限制在硅晶片的在这样的系统中使用的尺寸, 这是不超过约 8 跨越英寸. 和用于制造这样的芯片的光刻法限定的通道的形状; 它们只能具有正方形或矩形的横截面. 最后, 任何附加的材料, 如用于感测或操纵通道的内容电极, 必须单独放置在位置在单独的进程, 这严重限制了它们的复杂性.

“硅芯片技术是使矩形轮廓确实不错, 但任何超出需要真正专业的技术,”袁说, 谁开展的工作为他的博士研究的一部分. “他们可以使三角形, 但只有某些特定的角度。”随着新的基于光纤的方法，他和他的团队开发, 各种横截面形状的通道的可实施, 包括星, 交叉, 或蝴蝶结形状，可能是对于特定应用有用, 如自动的生物样品中的排序不同类型的细胞.

此外, 传统微流体, 元件，诸如感测或加热丝, 或压电装置，以诱导在采样流体振动, 必须在以后的处理阶段加入. 但是它们可以被完全集成到在新的基于光纤的系统的信道.

一个缩水的个人资料

就像共同作者约尔·芬克的实验室经过多年发展等复杂的光纤系统, 美国的高级功能性面料的材料科学与工程和头部的教授 (AFFOA) 财团, 这些纤维通过与称为预成型体过大的聚合物气缸开始由. 这些预成型件包含所希望的最终纤维的确切形状和材料, 但在更大的形式 - 这使得他们更容易做出非常精确的配置. 然后, 所述预成型体加热并装入下落塔, 在那里通过缓慢，它收缩到一个窄的纤维这四十分之一的预制件的直径的喷嘴拉出, 同时保留所有的内部形状和安排.

进行中, 该材料也通过一个因子细长 1,600, 因此，一个100毫米长 (4-寸长) 预制棒, 例如, 成为纤维 160 米长 (关于 525 脚), 这样可以极大地克服长度限制固有本微流体装置. 这对于某些应用是至关重要的, 如检测存在于非常小的浓度在流体微观对象 - 例如, 数以百万计的正常细胞中少量癌细胞.

“有时候你需要处理大量的材料，因为你要找的是什么罕见,” Voldman说, 电气工程教授谁专门从事生物显微. 这使得这个新的基于光纤的微流体技术特别适合这种用途, 他说, 因为”纤维可以任意长进行,”允许更多的时间用于将液体保持在通道内，并与它进行交互.

虽然传统的微流体设备可以通过循环来回小的芯片上使长通道, 所得曲折改变频道的轮廓和影响的方式流过液体, 而在纤维版本根据需要这些可以制成长, 在形状或方向的变化不, 允许不间断流, 袁说，.

该系统还允许电气元件，如导线被掺入纤维. 这些可用于例如用于操纵细胞, 使用一种方法称为介, 其中细胞通过在通道的侧面上的两个导电线之间产生的电场的影响不同.

与在微通道这些导线, 一个可控制的电压，因此力“推和拉在细胞上, 您也可以在高流量做,” Voldman说.

作为示范, 该团队制作了一种用于分离细胞的长通道光纤装置, 从活细胞中分拣死细胞, 并证明了它完成这项任务的效率. 随着进一步发展, 他们希望能够在细胞类型之间进行更细微的区分, 袁说，.

“对我来说，这是一个很好的例子，说明在像 RLE 这样的跨学科实验室中，研究小组之间的接近程度如何导致开创性的研究, 由研究生发起和领导. 我们教师基本上是被我们的学生拖进来的,”芬克说.

研究人员强调，他们不认为新方法可以替代现有的微流体技术, 适用于许多应用程序. “这不是为了取代; 它的目的是增加“目前的方法, 沃尔德曼 说, 允许某些以前无法实现的特定用途的新功能.

“体现跨学科合作的力量, 一种新的理解来自于意想不到的制造组合, 材料科学, 生物流动物理学, 和微系统设计,”艾米赫尔说, 加州大学伯克利分校生物工程教授, 谁没有参与这项研究. 她补充说，这项工作“为新兴的基于纤维的微流体设计策略增加了重要的自由度——关于纤维横截面的几何形状和材料特性。”

资源: HTTP://news.mit.edu, 由大卫大号. 钱德勒