據(jù)麥姆斯咨詢報道,數(shù)字微流控(Digital microfluidics, DMF)是一種強大的新興技術,它利用微升至納升范圍內的液滴精準操作來實現(xiàn)復雜的實驗室分析。
數(shù)字微流控通常與其他分析工具結合使用,如質譜、比色、電化學分析和電化學發(fā)光分析等。
通過在一系列步驟中以一系列層次組合并重復多次操作,得以實現(xiàn)復雜的實驗程序。數(shù)字微流控的基本機制類似于更傳統(tǒng)的方法,但是所涉及的液體體積要小得多,其流程也高度自動化。
數(shù)字微流控技術中,微滴的生成和操作由電潤濕、介電電泳和不混溶流體流動三大原理支撐。
數(shù)字微流控技術的基本工作原理
數(shù)字微流控技術依賴于由液體表面張力引起的液滴生成。表面越疏水,液體滲透性越差。疏水性可以利用電場產生,該過程被稱為介質上電濕潤(Electrowetting on Dielectric, EWOD)。運用電場產生液體表面的極性親水性,使液滴變平??刂茦O化位置以生成張力梯度,使受控液滴位移發(fā)生在微流控平臺表面。
數(shù)字微流控平臺的設置基于基板、電極及其配置,使用的電介質及其厚度,疏水層和施加的電壓。各個電極在底層以陣列形式圖案化,連續(xù)電極則位于頂層。
介電材料(如玻璃)圍繞著底層電極,負責電荷和電場梯度的積累。頂層通常涂有疏水層,以在微滴接觸點處生成低表面能。
當施加電壓時,電極被激活,導致表面液滴或多或少變得易被潤濕。如果附近的電極被控制電壓激活而下層電極未激活,則液滴將移動。因此可以通過沿著電極線的線性陣列電勢變化來操縱液滴。
數(shù)字微流控技術的最新進展
由數(shù)字微流控技術引起的液滴3D運動允許微流控裝置同時執(zhí)行兩個不同的任務。通過使液滴可以進入兩種環(huán)境,廣泛開辟了生物學應用。此外,芯片尺寸也得以減小,為平臺設計提供了更大的自由度。
另一種稱為全地形液滴驅動的方法可以用于非傳統(tǒng)表面的液滴輸送,如彎曲、倒置或非水平形狀。
數(shù)字微流控技術的優(yōu)勢所在
數(shù)字微流控技術,也稱之為芯片實驗室技術,在生命科學研究領域擁有眾多優(yōu)勢。包括其在便攜性方面的高潛力,以及(稀有或昂貴)試劑或樣品消耗量的顯著減少。
其他顯著優(yōu)勢包括數(shù)字微流控系統(tǒng)提供的高通量容量,以及因其尺寸小而不需要過多的功耗。
數(shù)字微流控技術的應用
數(shù)字微流控裝置通常使用磁性顆粒、光學鑷子、液液萃取或流體動力效應,用于分離和提取所需分析物。
例如,液滴可以穿過數(shù)字微流控裝置上的電極陣列到磁性電極,其中的磁性顆粒被功能化,使它們可以與目標分析物結合。
下一步,液滴在磁體上移動,磁場消除,磁性顆粒得以懸浮在液滴中。然后磁場被恢復以固定顆粒,同時使液滴移動。重復上述過程并伴隨洗滌和洗脫緩沖區(qū)以生成純分析物。
該步驟已經使用抗人血清血蛋白抗體進行試驗,證明了數(shù)字微流控技術在免疫學方面的潛力。
由于數(shù)字微流控技術使用的樣品體積較小,對生物原理的提取通常較為困難。然而,數(shù)字微流控技術與宏觀流體系統(tǒng)的組合則可以繞過這一障礙。
數(shù)字微流控技術也已經應用于創(chuàng)建免疫測定裝置,在異質免疫測定情況下,數(shù)字微流控技術通過自動遞送、混合、培養(yǎng)和洗滌芯片上的分析物,極大地簡化并擴展了復雜的實驗程序。一些實例包括檢測人胰島素、肌鈣蛋白I、TSH(促甲狀腺激素)和17-β雌二醇。
此外,數(shù)字微流控技術可以與質譜聯(lián)用以減少對溶劑和試劑的使用,同時降低分析所需時間。
其他領域的應用包括核磁共振光譜學,小規(guī)模反應化學合成以生成肽模擬物或PET示蹤劑,其需求量只有納克。數(shù)字微流控技術加快了實驗流程并實現(xiàn)了自動化,同時又保留了傳統(tǒng)大規(guī)模合成90-95%的效率。
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原文標題:什么是數(shù)字微流控技術?
文章出處:【微信號:Micro-Fluidics,微信公眾號:微流控】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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