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        利用偶氮液晶材料造全新概念的微流控技術
        發布時間:2023-11-10   瀏覽:1384次
        利用偶氮液晶材料造全新概念的微流控技術

          微流控技術,是指在微米尺寸級別下處理或操縱液體的技術手段,憑其低消耗、低成本的優點,迅速成為研究領域的熱點。然而,為了駕馭液體的流動,往往需要許多龐大的外置設備。

          復旦大學材料科學系教授俞燕蕾團隊創造性地采用自主研發的新型液晶高分子光致形變材料,克服了微流控芯片“拖家帶口”的難題,利用光來引導、驅動和制動液體的流動,研發出全新概念的光控微流體技術。經過多年的鉆研,俞燕蕾團隊帶著該技術亮相2017工博會。

          “看不見的手”:光致形變開創微流控新時代

          說起實驗室,人們首先會想到一間裝滿各種大型儀器的房間。如今,利用微流體技術,可以在一塊只有幾平方厘米的芯片上完成相應的工作,可謂是“芯片上的實驗室”。近年來,伴隨微流體芯片的功能日趨完善,相應的外置驅動設備越來越復雜。這不僅使整個系統變得龐大臃腫,其通過外部接入的方式驅動流體也讓液體面臨著被污染的危險。

          俞燕蕾團隊長期從事光致形變液晶高分子材料的研究,從根本觀念上進行轉變,利用微管形變產生的毛細作用力來推動液體的前進,讓驅動泵與流體通道合二為一,從而一次性解決“外置設備過于累贅”和“微量液體易受污染”的兩大難題。

          當不同光強的光照射于一根微管時,光強越大處,微管形變程度也越大,于是微管會從柱形變為錐形。濕潤的液體在軸向毛細作用力驅動下,能夠自發地向錐形毛細管的細端移動?;谶@一原理,通過改變光的強度可以實時控制液體流動的速度與方向。

          談到選擇“光”的理由,俞燕蕾說:“在所有刺激源中,只有光可以做到遠程的非接觸控制,這一點非常吸引我?!痹诠プx博士期間,俞燕蕾就對“光控”產生了極大的興趣:“除了非接觸控制外,光本身的可調控性也很好?!?/p>

          就這樣,一直與光打交道的俞燕蕾遇上亟待突破瓶頸的微流控技術,產生了將兩者結合的念頭,一種全新概念的光控微流體技術就此誕生。

          從“管”到“片”:光控微流體大顯身手

          僅是讓液體在微管內流動是遠遠不夠的,如何將這項技術真正應用于芯片的制造是俞燕蕾團隊為關注的。被稱為“芯片實驗室”的微流控芯片,顧名思義,芯片上可以完成一系列實驗室操作,譬如固體的溶解、液體的攪拌與混合等。

          通過不斷改變光的強度來使液體來回震蕩來模擬攪拌,利用Y型管使兩種液體融合在一起……將這些微流體關鍵操作被逐一攻破再整合,俞燕蕾團隊成功地將利用這項新技術制造出了新型微流控芯片。

          “做光控微流體芯片的話,可以比傳統做得小,并且更容易操控?!庇嵫嗬俳榻B道。例如,通過核酸擴增來增加核酸濃度時,需要反復經過不同溫區。利用傳統的微流控技術,受制于其單一的前進方向,擴增的倍數局限于芯片的設計規模,且還需要許多龐大的儀器作為“后盾”。

          所有這些問題在光控微流體技術下迎刃而解。得益于其操作自由的特點,只需將芯片通路制成環形使液體不斷在內部流動,便可達到遍歷不同溫區的目標,且沒有擴增倍數的限。

          作為一項基礎性研究,除卻核酸擴增,光控微流體技術有望在細胞分析、藥物篩選、臨床診斷等諸多新興領域發揮作用。液體的檢測、反應、分離等都可以通過微管執行器完成,而光控微流體技術使其擺脫繁瑣的外置驅動設備,減少液體流動限,使得整個系統更為簡便和自由。

          學科交叉:未來應用擁有無限可能

          “很多項目都可以用我們的技術做,我們今后也想嘗試基于原代細胞、干細胞的藥物篩選?!闭劶拔磥淼难芯坑媱?,俞燕蕾這樣說。通過該技術,可以在利用芯片模擬出肝臟、腎臟等器官功能。如此一來,便可進行精準的臨床前藥物篩選,不但避免了動物實驗的物種差異性,更能確定特定人群對藥物的敏感性。

          對于這樣的美好前景,俞燕蕾坦誠:“這里面有許多技術難點,涉及到生物檢測和藥學的知識,都是我們之前不熟悉的?!睂Υ?,俞燕蕾也表示樂于與不同學科背景的學生交流?!拔覀儗嶒炇乙矚g迎各種藥學、化學、生物之類的同學加入?!蹦壳?,俞燕蕾課題組與許多來自于不同背景的研究者合作——材料、分析化學、藥學、醫學等。這樣一支學科交叉的項目合作團隊,在俞燕蕾的管理下井井有條,博于團隊的項目,精于自己的研究。

          在當前大背景下,未來的研究領域必是充滿著不同學科間的融合?!皬偷┦莻€很好的平臺,有很多實力強大的學科?!庇嵫嗬賹ξ磥淼慕徊鎸W科之路充滿信心:“我們這個項目特別適合?!?/p>


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