數(shù)字微流控技術的基本工作原理

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(nèi)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(zhì)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(chǎn)生，該過程被稱為介質(zhì)上電濕潤（Electrowetting on Dielectric, EWOD）。運用電場產(chǎn)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(zhì)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(jīng)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(jīng)應用于創(chuàng)建免疫測定裝置，在異質(zhì)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(zhì)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。