微流控技術(shù)，是指在微米尺寸級別下處理或操縱液體的技術(shù)手段，憑其低消耗、低成本的優(yōu)點，迅速成為研究領(lǐng)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(shè)備。

復(fù)旦大學(xué)材料科學(xué)系教授俞燕蕾團隊創(chuàng)造性地采用自主研發(fā)的新型液晶高分子光致形變材料，克服了微流控芯片“拖家?guī)Э凇钡碾y題，利用光來引導(dǎo)、驅(qū)動和制動液體的流動，研發(fā)出全新概念的光控微流體技術(shù)。經(jīng)過多年的鉆研，俞燕蕾團隊帶著該技術(shù)亮相2017工博會。

“看不見的手”：光致形變開創(chuàng)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(shù)，可以在一塊只有幾平方厘米的芯片上完成相應(yīng)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(yīng)的外置驅(qū)動設(shè)備越來越復(fù)雜。這不僅使整個系統(tǒng)變得龐大臃腫，其通過外部接入的方式驅(qū)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(zhuǎn)變，利用微管形變產(chǎn)生的毛細作用力來推動液體的前進，讓驅(qū)動泵與流體通道合二為一，從而一次性解決“外置設(shè)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?yōu)殄F形。濕潤的液體在軸向毛細作用力驅(qū)動下，能夠自發(fā)地向錐形毛細管的細端移動。基于這一原理，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。”在攻讀博士期間，俞燕蕾就對“光控”產(chǎn)生了極大的興趣：“除了非接觸控制外，光本身的可調(diào)控性也很好。”

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(shù)，產(chǎn)生了將兩者結(jié)合的念頭，一種全新概念的光控微流體技術(shù)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(nèi)流動是遠遠不夠的，如何將這項技術(shù)真正應(yīng)用于芯片的制造是俞燕蕾團隊最為關(guān)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(guān)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(shù)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(tǒng)做得小，并且更容易操控。”俞燕蕾介紹道。例如，通過核酸擴增來增加核酸濃度時，需要反復(fù)經(jīng)過不同溫區(qū)。利用傳統(tǒng)的微流控技術(shù)，受制于其單一的前進方向，擴增的倍數(shù)局限于芯片的設(shè)計規(guī)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(shù)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(huán)形使液體不斷在內(nèi)部流動，便可達到遍歷不同溫區(qū)的目標，且沒有擴增倍數(shù)的限制。

作為一項基礎(chǔ)性研究，除卻核酸擴增，光控微流體技術(shù)有望在細胞分析、藥物篩選、臨床診斷等諸多新興領(lǐng)域發(fā)揮作用。液體的檢測、反應(yīng)、分離等都可以通過微管執(zhí)行器完成，而光控微流體技術(shù)使其擺脫繁瑣的外置驅(qū)動設(shè)備，減少液體流動限制，使得整個系統(tǒng)更為簡便和自由。

學(xué)科交叉：未來應(yīng)用擁有無限可能

“很多項目都可以用我們的技術(shù)做，我們今后也想嘗試基于原代細胞、干細胞的藥物篩選。”談及未來的研究計劃，俞燕蕾這樣說。通過該技術(shù)，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(shù)難點，涉及到生物檢測和藥學(xué)的知識，都是我們之前不熟悉的。”對此，俞燕蕾也表示樂于與不同學(xué)科背景的學(xué)生交流。“我們實驗室也歡迎各種藥學(xué)、化學(xué)、生物之類的同學(xué)加入。”目前，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(xué)、藥學(xué)、醫(yī)學(xué)等。這樣一支學(xué)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(lǐng)域必是充滿著不同學(xué)科間的融合。“復(fù)旦是個很好的平臺，有很多實力強大的學(xué)科。”俞燕蕾對未來的交叉學(xué)科之路充滿信心：“我們這個項目特別適合。”

（文章來源：復(fù)旦大學(xué)新聞文化網(wǎng) 科學(xué)網(wǎng)科學(xué)網(wǎng)轉(zhuǎn)載僅供參考學(xué)習及傳遞有用信息，版權(quán)歸原作者所有，如侵犯權(quán)益，請聯(lián)系刪除）