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你是否想過，在一個(gè)指甲蓋大小的芯片上，就能完成復(fù)雜的生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)？微流控技術(shù)，作為一門新興的技術(shù)，正在逐漸改變我們對(duì)液體分析和處理的傳統(tǒng)認(rèn)知。那么，微流控技術(shù)究竟是如何工作的？下面我們一起來探究一下！

什么是微流控？

微流控（Microfluidics），顧名思義，就是控制微小液體（皮升至納升）的流動(dòng)。想象一下，把一個(gè)實(shí)驗(yàn)室里的各種儀器設(shè)備縮小到芯片上，讓它們協(xié)同工作，這就是微流控芯片。它就像是一個(gè)微型的實(shí)驗(yàn)室，可以在很小的空間內(nèi)完成復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)操作，對(duì)微尺度下的流體進(jìn)行精確控制和操作。

（圖片來源：https://ntp.niehs.nih.gov/whatwestudy/niceatm）

微流控系統(tǒng)的組成

微流控技術(shù)，簡(jiǎn)而言之，就是一種在微管道網(wǎng)絡(luò)中集成多種功能元器件，實(shí)現(xiàn)液體樣品的采樣、稀釋、加試劑、反應(yīng)、分離和檢測(cè)等分析功能的微型全分析系統(tǒng)。一個(gè)典型的微流控系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成：

微流控芯片: 這是微流控系統(tǒng)的核心，相當(dāng)于實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)臺(tái)，由微通道、微腔、微閥等微結(jié)構(gòu)組成。這些微小的結(jié)構(gòu)共同組成了一個(gè)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，用于引導(dǎo)液體的流動(dòng)和反應(yīng)，比如混合、分離、反應(yīng)等等。

流體驅(qū)動(dòng)系統(tǒng): 就像實(shí)驗(yàn)室里的泵一樣，用于驅(qū)動(dòng)液體在芯片上的流動(dòng)。常見的驅(qū)動(dòng)方式有壓力驅(qū)動(dòng)、電滲流驅(qū)動(dòng)、毛細(xì)力驅(qū)動(dòng)等。

檢測(cè)系統(tǒng): 這好比實(shí)驗(yàn)室里的檢測(cè)儀器，用于對(duì)微流控芯片內(nèi)的反應(yīng)或產(chǎn)物進(jìn)行檢測(cè)，常用的檢測(cè)方法有熒光檢測(cè)、電化學(xué)檢測(cè)、質(zhì)譜檢測(cè)等。

（圖片來源：https://www.whchip.com/news/shownews2165.html）

微流控的基本原理

微流控技術(shù)的核心在于對(duì)微尺度下流體行為的深入理解和精確控制。與宏觀尺度下的流體相比，微尺度下的流體表現(xiàn)出許多獨(dú)特的特性，例如：

層流流動(dòng): 在微尺度下，由于通道尺寸極小，流體流動(dòng)時(shí)受到的粘性力作用相對(duì)較大，使得流體更傾向于以層流形式流動(dòng)，即流體分層流動(dòng)。在層流中，不同流速的流體層之間保持相對(duì)穩(wěn)定的界面，層與層之間幾乎沒有混合。這使得微流控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)高度精確的流體控制和混合。

擴(kuò)散增強(qiáng): 由于微通道尺寸極小，流體分子間的距離大大縮短，因此分子擴(kuò)散速率大大加快，這有利于反應(yīng)物的快速混合和傳質(zhì)，從而提高了化學(xué)反應(yīng)或生物反應(yīng)的效率。

表面效應(yīng)顯著: 在微通道中，由于流體與固體壁面的接觸面積相對(duì)較大，表面效應(yīng)對(duì)流體行為的影響變得非常顯著。例如，壁面的潤(rùn)濕性、吸附性、粗糙度等都會(huì)影響流體的流動(dòng)狀態(tài)、速度分布和混合效果。因此，在設(shè)計(jì)和優(yōu)化微流控系統(tǒng)時(shí)，需要充分考慮這些表面效應(yīng)的影響。

（圖片來源：https://www.okaybio.com/wp-content/uploads/2019/12/Microfluidics-principle.jpg）

小結(jié)

微流控技術(shù)是一門新興的交叉學(xué)科，具有廣闊的應(yīng)用前景。通過對(duì)微尺度下流體行為的深入研究和精確控制，實(shí)現(xiàn)了分析過程的自動(dòng)化、小型化和高效化。微流控技術(shù)為生命科學(xué)、化學(xué)、材料科學(xué)等領(lǐng)域的研究提供了新的工具和方法。

參考資料：

【1】https://www.dxfluidics.com/resource-center/technical-information/340/

【2】https://www.whchip.com/news/shownews2165.html

【3】https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%BE%AE%E6%B5%81%E6%8E%A7