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嘉峪檢測網 2022-08-27 06:08
在過去二十年中，微流控一直都是微流體研究領域的熱門話題，其中離心式微流控平臺是目前市場上非常常見，應用非常廣泛的一種，經常應用于臨床化學、免疫診斷和蛋白質分析、細胞處理、分子診斷以及食品、水和土壤分析等領域。
離心微流控（Lab-on-a-Disc，簡稱LOAD）是一種芯片上實驗室技術，也稱為盤上實驗室，在單個圓盤上處理不同的液體，如樣品提取、樣品預處理、試劑供應、計量、等分、閥門、混合、培養、洗滌以及分析或制備分離等過程，以實現單元操作，實現高效的小型化、并行化和集成化分析。
其原理-在離心力和科里奧利效應下使用非慣性閥和開關，以高度并行的順序在磁盤周圍分配流體。流體流動的主要驅動力是離心力，將流體從圓盤中心徑向向外移動，完成對流體的控制。
離心微流控技術在單個設備中結合了微流控和離心力的優點。與其他微流控技術相比，離心微流控設備除了占地面積小，樣品操作簡單，可響應微全分析系統之外，還具有無需多個泵、能夠處理大體積樣品、預存儲試劑、操作簡單而穩定等優勢。
比較微流控中不同流體的控制策略
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流體控制策略 |
離心微流控 |
液滴微流控 |
數字微流控 |
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原則 |
使用離心力處理樣品和試劑 |
處理互不相容的多相流體剪切形成單分散的液滴 |
通過靜電力來單獨控制小體積試劑和樣品 |
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應用 |
核酸分析；血液分析；免疫測定；即時診斷；DNA提取 |
材料合成；小分子篩選；即時診斷；醫學研究 |
數字PCR；樣品制備或提取；血液分析；DNA分析；細胞分析；免疫測定 |
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優勢 |
儀器數量最少；無需多個泵；并行化操作 |
減少試劑和樣品消耗；液滴可以重復測試 |
無需機械泵或閥門；并行執行多項測試 |
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挑戰 |
大規模集成困難；流體的流動是單向的 |
儀器制造成本過高；難以控制流動方向和量度 |
難以對分析物分離和濃縮；對溫度和壓力要求較高 |
離心微流體系統的儀器和操作
離心式微流控系統由圓盤和設備兩個主要部件組成，通常是配備簡單的單個轉動部件，利用與離心機相同的離心力原理，與微流體技術相結合，有助于減少樣品體積，縮短反應時間，并消除對外部泵的依賴。離心泵用于從中心徑向向外移動流體，從一個腔室到另一個腔體的移動由微結構控制。旋轉速度、連接的通道尺寸、流體室的位置和流體的粘度決定了通道中的流速。復雜的微流控裝置操作可以在單個盤上進行，該盤中嵌入了完整的微流態結構。盤由熱塑性材料制成，如聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯或環烯烴共聚物。因此，與其他IVD技術相比，每次測試的成本可以顯著降低。此外，這些材料的透明光學特性允許過程的直接可視化，以及在盤上的直接光學檢測。
這些優勢不僅促進了離心微流控的發展，也吸引了許多公司開發基于離心微流控的產品。
核酸分析
常規的臺式核酸分析耗時，并且需要熟練的操作人員和相對昂貴的設備。隨著離心微流控技術的發展，所有這些臺式工作流程都可以集成到一個圓盤狀芯片中，在很大程度上減少了反應時間以及試劑和設備成本。這項技術還使基于核酸分析的POCT系統更容易集成，因為它需要最少的外部資源，并且不需要特殊的操作培訓。
血液分析
血液中的葡萄糖、電解質、蛋白質和脂質等參數可以提供有關人體狀況的很多信息。將這些參數的檢測集成到離心微流控盒中，可以實現定點護理并加快基于血液的診斷。此外，減少實驗室測試的周轉時間為更好地監測患者的健康和減少不必要的治療和醫院成本提供了機會。
免疫測定
基于抗體對抗原的高度特異性，免疫測定已成為臨床診斷、生物和生化疾病研究、藥物開發和環境分析的重要工具。盡管免疫測定目前是非常成熟的技術，但測試過程需要大量的人工處理步驟，繁瑣而冗長的過程通常會導致結果的不一致。基于離心微流控系統的自動化有助于降低成本并確保結果一致，也可以輕松進行并行免疫分析，將免疫分析集成到離心微流控系統中是一個非常聰明的方法。
其他生物醫學應用
離心微流控系統也可以適用于許多基于細胞的分析。這些分析通常涉及細胞分離或捕獲以及對分離細胞的分析。細胞分離使研究人員能夠在規定的環境中研究和分析單個細胞，并有望成為一種研究工具，尤其是在制藥領域。
盡管離心微流控在過去幾十年中發展迅速，但目前仍然面臨著很多挑戰。
對POCT診斷而言，由于旋轉系統與盤形芯片相比較大而重，基于離心微流控的診斷設備在一定程度上放棄了其便攜性的需求。由于盤形芯片遠離旋轉中心的距離，以及流動方向和半徑限制，其大規模集成也比較困難。
隨著研究人員逐漸將重點從流體控制和控制技術的開發轉移到離心微流控系統的工程設計，未來有望開發出更好的替代解決方案。微流控技術成為醫療行業的標準只是時間問題。全球不斷增長的微流控設備市場將推動醫療公司研發并優化系統以實現離心微流控產品的商業化。未來很長一段時間內，醫療公司會在電化學傳感器的集成和能夠完全自動化的整個系統的開發方面進行研究，有望進一步降低未來系統的使用成本。
來源：ITL創新器械開發
