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據悉，美國著名學府麻省理工學院（MIT）的科學家們已經將微流控技術整合到單根結構化多材料纖維中，進而可以更復雜的方式進行更大量的流體的處理。研究人員憑借這種方法得以實現多種新應用，尤其是在醫療測試和生化檢測領域。
MIT該多學科交叉團隊研發出的方法解決了微流控裝置只能在微觀尺度使用的挑戰，這樣就大大的擴大微流控裝置的使用范圍。
MIT的科學家在長纖維中整合導線和微流控通道，并展示了細胞分選的能力，將活細胞從死細胞中分離開來，因為這兩種細胞對電場的反應不同。以綠色顯示的活細胞被拉向通道的外邊緣，而死細胞（以紅色顯示）則被拉到中心，允許它們被送入單獨的通道。
微流控裝置對需要更大量液體來檢測微量物質的程序而言幫助不大。但是麻省理工學院的這一研究工作改變了這一現狀，將微流控技術引入全新的“宏觀”方法。因此，這項工作也豐富了微流控裝置的尺寸和形狀選擇。
突破硅技術的一種新方法
研究團隊開發的基于光纖的新方法通過實現通道內各種截面形狀來突破硅片技術的局限，包括星形、十字形或蝴蝶結狀。特殊應用，如那些需要在生物樣品中自動分選不同種類細胞的應用會發現這些新形狀將非常有用。團隊負責人Yuan說道，“我們介紹了一種以纖維方式制作微流控裝置的新方法，該方法與傳統基于芯片的形式相比具有諸多優勢。”
研究人員使用被稱為預成型件的超大聚合物圓柱體開發纖維。它包含最終纖維所需的確切形狀和材料，但形狀更多。這樣能夠幫助研究人員以非常精確的配置完成制作。
科學家們將預成型件加熱并加載到滴塔中去。預成型件被拉過噴嘴，噴嘴將其收縮成一根直徑為預成型件直徑四分之一的窄纖維，并保留所有內部形狀和排列。
研究人員指出，該工藝的獨特之處在于材料也被拉長了1600倍。這意味著，例如100毫米長（4英寸長）的預成型件變成160米長（約525英尺）的纖維。麻省理工學院電氣工程系教授，專注于生物微技術研究的Joel Voldman表示，該方法使得研究人員能夠克服現有微流控裝置固有的長度限制。
他繼續說道，“有時候，你需要加工很多材料，因為你所尋找的東西非常罕見。”這使得該技術特別適用于檢測在流體中以非常小濃度存在的微觀物體，例如數百萬正常細胞中的少量癌細胞，因為“纖維可以任意拉長，長度允許液體留在通道內并與之相互作用的時間變得更長。”Voldman解釋道。研究人員在Proceedings of the National Academy of Sciences，PNAS上發表了一篇與他們的研究工作相關的論文。
與傳統微流控裝置相比的幾處不同
麻省理工學院團隊研究人員開發的微流控裝置與傳統裝置有幾處不同。其一是微通道可以根據長度需求進行制作，允許不間斷的液體流動。通常的微流控裝置通過在微型芯片上來回循環的方法制作長通道，但由此產生的扭曲和迂回將有可能改變通道輪廓并影響液體流動的方式。
新微流控裝置系統允許將電子元件（如導線）整合到纖維中，使用介電泳的方法操縱細胞。細胞將受到通道兩側兩根導線之間產生的電場的不同影響。Voldman表示，為了測試該裝置，研究人員使用這種辦法來控制電壓，以便以高流速推動和拉動細胞。在試驗中，他們將死亡細胞從活細胞中分選出來，驗證了該裝置執行此類任務的效率。
Yuan表示，團隊計劃繼續開發該裝置，以增強其區分不同細胞細微差異的能力，并擴展其在其他領域的應用。他繼續說道，“首先，我們正在致力于進一步開發細胞分離效率、通量和選擇性，以適用于稀有細胞分離，如從血液中分離循環腫瘤細胞。其次，我們很高興我們的光纖流控平臺能夠適應細胞分離之外的新領域，我們希望光纖流控系統的獨特性能能夠解決各種應用中的問題。”
然而，研究人員也表明了他們不期望他們的方法取代目前的微流控策略，更多地是作為對微流控技術的補充，為以前無法實現的特定用途鋪平道路。
論文信息：Microfluidics in structured multimaterial fibers, PNAS, 2018 115 (46) https://doi-org.eproxy.lib.hku.hk/10.1073/pnas.1809459115
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