據麥姆斯咨詢報道，麻省理工學院（MIT）研究人員開發出一款創新硬件，利用電場將化學或生物溶液的液滴移動到印刷電路板（PCB）表面，并將它們以各種方式混合，用于并行測試數千種反應。

研究人員將該硬件視為目前常用于生物研究的微流控裝置的替代品。常用的微流控裝置中的生物溶液通過微閥連接的微通道抽吸。新方法則以計算好的程序通過電控方式移動印刷電路板上的液滴，可以使實驗更高效、更經濟、更大規模地進行。

麻省理工學院媒體實驗室新系統開發負責人Udayan Umapathi指出，“傳統的微流控裝置會用到微通道、微閥和微泵，意味著它們都是機械式的，會時不時地出故障。三年前我就注意到這個問題，當時我在一家合成生物公司，在那里我建立了一些微流控裝置，以及能夠與之相互作用的機械式裝置。我必須看護著這些裝置，以確保它們不會發生‘爆炸’”。

Umapathi繼續說道，“生物學正在走向越來越復雜的過程，我們需要能夠操縱越來越小液滴體積的技術。微通道、微閥和微泵很快變得復雜起來。之前我創建的裝置，花費了我一個星期的時間去組裝100個內部連接。假設裝置規模從100個連接變成100萬個連接，手動組裝就變得不切實際。”

該款新硬件包括軟件部分，允許用戶以高度概括性語言描述他們希望進行的實驗。軟件自動計算液滴在整個表面的路徑，并協調后續操作的時間。

“操作者可以指定實驗的需求，例如，試劑A和試劑B需要混合并‘培養’一段時間，然后與試劑C混合。操作員不需要指定液滴如何流動或在哪里進行混合，這一切都由軟件預先計算完成。”

Umapathi和他的共同研究者——麻省理工學院Jerome B. Wiesner媒體藝術和科學學院教授Hiroshi Ishii，在Ishii實驗室工作的本科生Patrick Shin和Dimitris Koutentakis，以及該實驗室的韋爾斯利學院本科生Sam Gen Chin，在本月出版的在線雜志《MRS Advances》上，以論文形式描述了他們的創新硬件。

在過去的十年里，其它研究小組已經嘗試過用“數字微流控”，或電動液滴操縱來進行生物實驗。但是他們的芯片通常使用高端刻蝕技術制作而成，這種技術需要進行環境控制，達到無塵室級別。Umapathi和他同事專注于降低成本。他們的硬件樣品使用了一塊印刷電路板，這是一種商品市場上可以購買到的電子器件，由塑料板組成，上面布置有銅線。

研究人員的首要技術挑戰是為印刷電路板的表面設計一個減少摩擦的涂層，使液滴能夠滑過，此舉能防止生物或者化學分子黏附，這樣它們就不會污染后續的實驗。印刷電路板采用電級陣列圖案化。在樣品中，研究人員將更密集的微小球體陣列涂在板子上，這些球體只有1微米高，由疏水（防水）材料制作而成。液滴滑過球體頂部。研究人員也試驗了球體以外的結構，這些結構在特定生物材料中效果更好。

由于該裝置的表面是疏水性的，因此沉積在表面的液滴會自然呈現球形。充電電極將液滴往下拉，將其壓平。如果扁平液滴下方的電極逐漸關閉，旁邊的電極就會逐漸打開，疏水材料將驅動液滴往帶電電極移動。

移動液滴需要高電壓，大約在95~200伏之間。麻省理工學院研究人員的帶電電極裝置在高壓、低頻（1千赫茲）信號和3.3伏、高頻（200千赫茲）信號之間，以每秒300次的頻率進行交替。高頻信號使系統能夠確定液滴的位置，它所使用的技術與觸屏手機基本相同。

如果液滴移動不夠快，系統會自動提升低頻信號的電壓。系統也能從傳感器信號中預估液滴的體積，與位置信息一起，幫助研究人員追蹤反應的進度。

Umapathi認為，數字微流控技術能夠大大降低工業生物學中常用實驗程序的成本。例如，制藥公司會頻繁地進行多個并行的實驗，需要用到配備有數十，甚至數百移液器的機器人，以及非常像加長滴管的小測量管。

Umapathi提出，“如果你去了解一家藥物開發公司，一臺移液機器人一周內將使用一百萬個移液器吸頭，這也將轉化為新藥開發成本的一部分。我正在開發一些液體分析方法，可以將移液操作次數減少100倍。”

（文章來源:麥姆斯咨詢 科學網科學網轉載僅供參考學習及傳遞有用信息，版權歸原作者所有，如侵犯權益，請聯系刪除）