一粒沙子大小的簡單創新裝置能夠幫助我們分析細胞和微小顆粒，就好像它們就在人體內一樣。

用于流體分析的新型微裝置將通過“器官芯片”系統在藥物開發和疾病研究領域實現更多定制化實驗。

它還可以改變自然災害區的水污染測試和醫療診斷，低成本、易于使用和便攜的特性使其成為幾乎任何人都可以使用的實用工具。

如何工作？

據介紹，微流控或芯片實驗室裝置通常用于分析血液和其它流體樣品，這些樣品通過狹窄的通道泵送到郵票大小的透明芯片中。

這款新芯片采用微流控技術，在通道內增加了一個三維腔室，就像一個狹窄的隧道突然通往一個穹形拱頂，會產生一股小漩渦使得其中的顆粒旋轉，從而使顆粒觀察變得更為容易。

為了制造這個腔室，研究人員在制造芯片時將一個液態金屬液滴插入硅片模具。

液態金屬的高表面張力意味著它可以在模塑過程中保持原狀。

墨爾本皇家理工大學（RMIT）的工程師和該項研究的共同領導人Khashayar Khoshmanesh博士解釋道，最后會除去液態金屬，僅保留通道和球形腔用作微型離心機。

他指出，“當液體樣本進入球形腔時，它會在腔內旋轉。”

“這種旋轉產生自然漩渦，就像分析實驗室中的離心機一樣，旋轉細胞或其他生物樣本，允許對它們進行研究而無需捕獲或標記它們。”

該裝置只需要微量樣本，少至1毫升的水或血液，研究范圍囊括僅1微米的微小細菌細胞到15微米的人體細胞。

一款用于研究心血管疾病的平臺

這項研究的共同領導人兼墨爾本皇家理工大學的生物學家Sara Baratchi表示，該裝置的軟球形腔可用于模擬人體三維器官，并觀察細胞在各種流動條件或藥物相互作用中的表現。

她指出，“定制腔室大小的功能也允許研究人員模擬不同的流動情況，這樣我們可以模擬受干擾流動情況下血細胞的反應，例如在分支點和冠動脈和頸動脈彎曲處，這些位置的通道更容易變窄。”

該裝置將會引起澳大利亞蓬勃發展的生物醫藥產業的興趣，醫療器械在2018年成為澳洲十大出口產品之一，價值32億美元。

Baratchi表示，研究人員通過合作才能達成這一發現，來自工程系的技術人員和健康與生物醫學系的機械生物學家共同努力成立了墨爾本皇家理工大學的機械生物學和微流控研究小組。

Baratchi補充道，“像我這樣的生物學家一直致力于研究相關流體力學對循環血細胞的影響。現在，這款與我們工程學院同事共同開發的微型裝置就能實現上述功能。”

“這是一個巧妙的解決方案，真正突出了跨學科研究的價值。”

一些激動人心的應用也能在實驗室之外進行操作。

任何人都可以使用的經濟、便攜式水測試裝置

另一大有前景的應用是識別水道中的寄生蟲和其他感染物，尤其是在發展中國家。

Khoshmanesh表示，“對水中雜質的檢測有可能是一項艱巨的任務，因為你不一定總會確切知道你在尋找什么。”

“但是在該裝置的幫助下，無需任何特殊的樣品制備，雜質將被漩渦捕獲并圍繞它旋轉，從而節省時間和金錢。”

無論是用于分析水樣還是血樣，這款低成本、便攜式裝置在各種應用中都具有一定的吸引力。

同一研究小組最近開發出一款由乳膠氣球制成的壓力泵來操作該裝置。

不同于傳統與鞋盒一樣大且花費數千美元的傳統微泵，他們發明的微泵成本很低且具有便攜性。

Khoshmanesh補充道，“簡單化是我們在設計過程中一大非常重要的考量因素，因為它通常就意味著低成本和實驗室外廣泛的適用性。”

“我們所發明的新型微流控裝置、微泵和能夠捕獲高速圖像的智能手機相結合，使其成為一款低成本、自給自足且全便攜式的即時診斷裝置。”

墨爾本皇家理工大學工程系博士生Ngan Nguyen作為主要作者，將該項研究成果以論文形式發表在頂級期刊《先進功能材料》（Advanced Functional Materials）上。

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201901998