當我開始追求成為一名生物醫學工程師時，我最終會想到的一件事就是微流控技術。加州大學Dr.Mad Madou的Bio-MEMS實驗室擅長并專注于被稱為光盤或CD微流控的微流體特定領域。我在實驗室中最美好的回憶之一就是在TedxTalks上觀看Madou博士的視頻，描述他如何將索尼Discman變成醫療診斷設備，我能想到的只有......“什么是Discman？”

CD微流控與離心機系統有些相關，其中CD微流控基于產生的離心力，因為微流控芯片通常使用馬達的中心軸旋轉。因此，不需要橫向流動微流體中常見的大量泵和軟管。像西門子，三星這樣的公司，甚至是Theranos公司的都清楚表明CD微流控芯片構成了微流控市場的一部分。最近的一份出版物估計，到2025年，北美微流控市場預計將達到約1.25億美元，年增長率為18。

醫療行業采用微流控技術，如護理（POC）診斷，免疫，基因分型和測序和基因芯片分析的實施推進。如果你做一個快速搜索，你會發現各種利用離心微流控技術的公司都專注于POC診斷。CD微流控技術使相關設備和系統具有便攜性，低成本和易于使用的特點; 使其成為POC診斷應用的理想選擇。然而，還有一些問題阻礙了這項技術成為下一件大事。由于這些系統試圖完成開發完整微整體分析系統（μTAS）的關鍵要素，如整合多流體和分析步驟，樣品制備和其他支持技術，這些系統工程設計的復雜性增加很大。

什么是索尼Discman CD微流體？

CD微流控使用離心，科里奧利和歐拉力相對于旋轉參照系來處理流體流動。流體流動背后的主要驅動力是使流體從盤的中心徑向向外移動的離心力。流體流動的這種單向性是CD微流體的主要缺點之一。為了能夠以對醫療系統中必需的服務和設備至關重要的方式來控制和操縱流體流動，已經并且仍在進行充分的研究。流體控制的包括閥門，泵送和混合; 所有這些對于測序不同的流體過程都很重要。然而，這些單向缺陷可能妨礙在商業產品中推廣。

圖1：示例五層光盤組件。層1,3和層5通常是硬塑料的。層2,4和雙面壓敏粘合劑（PSA）。

圖1所示的五層光盤組件強調了一些相關的困難。層1,3和5通常由硬塑料材料制成，而層2和4通常是雙面壓敏粘合劑（PSA）。設計中使用的通道和腔室占用不同的層數，以最大限度地提高工作面積，因為CD微流體中存在小型實體。此外，隨著層數增加，這些圓盤的組裝中的復雜性顯著增加，因為每層必須正確對準并且必須確保層之間的足夠粘附以防止意外泄漏。通常情況下，在研究實驗室中，磁盤是通過數控加工制造的，這可能導致周轉時間長并且成本高昂。理想情況下，在商業環境中，應使用注塑技術制造CD微流體盤，以確保一致性，可重復性和每單位的低成本。然而，由于流體控制和操作以及制造技術的發展，CD微流控系統在潛在應用方面已經取得了巨大飛躍。例如，在2014年，羅伊等人。展示了一種全熱塑性整合式樣品到離心的微流體實驗室在盤（LoD）系統，用于核酸分析。在完整的測定包括細胞裂解，聚合酶鏈反應（PCR）擴增，擴增子的消化，并在塑料支持所有這些微陣列雜交中如圖2所示。Mishra等人提出的另一個例子。描述了來自全血的多分析物前列腺癌生物標志物免疫測定組的自動化。這兩種情況突出了CD微流體藥物作為醫療系統中現有技術的可行替代品的潛力。

圖2：Lab-on-Disc設備的顯示，顯示了四個平行測試以及各個組件，指示裂解，PCR擴增，外切核酸酶反應，微陣列雜交等功能。

展望和結論

隨著研究人員逐漸從對流體控制和操縱技術發展的重視轉向完整CD微流控系統的工程設計，最終將開發出更好的替代解決方案。微流控技術成為醫療行業的標準只是時間問題。雖然要優化這些系統的商業化還有很多工作要做，但北美和全球微流控設備市場的增長將推動研發工作將概念驗證設備推向市場。CD微流體技術的未來挑戰包括電化學傳感器的整合以及能夠實現完全自動化的整個系統的開發。雖然與分析相關的成本通常在較大規模的系統中是昂貴的，由于微流體中使用的體積較小 集成電化學傳感器或光學傳感器可能會進一步降低未來系統每次使用的成本。作為在這個領域幾乎沒有開始職業生涯的人，這是一個令人興奮和非常幸運的機會，成為可能引發醫療行業革命的一部分。