芯片實驗室系統(tǒng)已經(jīng)能夠在某種程度上填補該領(lǐng)域的不足

據(jù)麥姆斯咨詢報道，杜克大學(xué)（Duke University）的工程師們展示了一款多功能微流控芯片實驗室，它利用聲波在油中創(chuàng)建隧道，以非接觸的方式操縱和傳輸液滴。該技術(shù)可以成為構(gòu)建小型、可編程、可重寫的生物醫(yī)學(xué)芯片基礎(chǔ)，該芯片可以完全重復(fù)使用，以幫助實現(xiàn)現(xiàn)場診斷或?qū)嶒炇已芯俊?/p>

團隊成員的研究成果于6月10日在線發(fā)表在《科學(xué)進展》（Science Advances）雜志上。

用于非接觸式和可編程液滴操縱的數(shù)字聲流控技術(shù)

杜克大學(xué)機械工程與材料科學(xué)學(xué)院的William Bevan杰出教授Tony Jun Huang（黃?。┲赋?，“我們的新系統(tǒng)以最小的外部控制實現(xiàn)了液滴的可重寫路由、分選和門控，這是數(shù)字邏輯控制液滴的基本功能。而且，與之前的系統(tǒng)相比，我們可以用更少的能量和更簡單的設(shè)置來實現(xiàn)上述功能，同時控制更多的液滴?！?/p>

自動化流體處理已經(jīng)推動了許多科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展，如臨床診斷和大規(guī)?；衔锖Y選。盡管這些系統(tǒng)在現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)研究和制藥行業(yè)中無處不在，但它們的體機龐大，價格昂貴，而且不能很好地處理少量液體。

芯片實驗室系統(tǒng)已經(jīng)能夠在某種程度上填補該領(lǐng)域的不足，但大多數(shù)都受到一個主要缺點的阻礙——表面吸收。由于這些裝置依賴于固體表面，樣品在運輸過程中不可避免地會留下痕跡，從而導(dǎo)致污染。

新型芯片實驗室平臺使用了一層薄薄的、惰性不混溶油層來防止液滴自身留下任何痕跡。油的下方，壓電換能器的格柵在通電時產(chǎn)生振動。就像低音炮的表面一樣，這些振動在其上方的薄油層中產(chǎn)生聲波。

當(dāng)聲波從芯片的頂部和底部反彈以及相互碰撞時，就會形成復(fù)雜的圖案。通過精心規(guī)劃換能器的設(shè)計，并控制引起聲波振動的頻率和強度，研究人員得以創(chuàng)建渦流，這些渦流結(jié)合在一起時，會形成可以沿著裝置表面的任何方向推動和拉動液體的隧道。

Huang表示，“新系統(tǒng)采用雙模換能器，可以基于兩種不同的流模式，沿x軸或y軸傳輸液滴。與之前的系統(tǒng)相比，這是一個很大的進步。之前的研究中，我們只是在油中制造了一系列凹坑以使液滴沿單軸通過?！?/p>

幫助Huang一起創(chuàng)建該升級系統(tǒng)的包括來自杜克大學(xué)電子與計算機工程學(xué)院的John Cocke杰出教授Krishnendu Chakrabarty，以其他的博士生Zhanwei Zhong。他們兩個幫助設(shè)計了新型芯片實驗室演示裝置的核心電子元器件，并顯著升級和縮小了系統(tǒng)中使用的電線連接、控制器和其它硬件。

通過使用雙模換能器，研究人員能夠沿著兩個軸移動液滴，同時將電子器件的復(fù)雜性降低了4倍。他們還將換能器的工作電壓降低到比之前的系統(tǒng)低3~7倍，使其能夠同時控制8個液滴。通過在裝置中引入一個微控制器，研究人員能夠?qū)Υ蟛糠忠旱蔚囊苿舆M行編程和自動化操縱。

研究人員通過一系列視頻中展示了新裝置的功能。在其中一個實驗中，液滴在正方形表面周圍迅速旋轉(zhuǎn)。其它實驗則顯示液滴到達一個“T”形交叉點并向左向右轉(zhuǎn)，研究人員還創(chuàng)建了“邏輯門”，既可以中斷液滴沿著通道移動，也可以使其通過。

以類似于計算機芯片上的邏輯系統(tǒng)的方式來控制液滴的能力，對各種臨床和研究程序而言都至關(guān)重要。

Huang補充道，“我們的下一步計劃是將Chakrabarty教授團隊設(shè)計的微型射頻電源和控制板結(jié)合起來，用于大規(guī)模集成和動態(tài)規(guī)劃。我們還計劃整合無需接觸即可將液滴一分為二的功能?！?br /> 責(zé)任編輯:pj