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利用偶氮液晶材料造全新概念的微流控技術(shù)
發(fā)布時(shí)間:2023-11-10   瀏覽:1437次
利用偶氮液晶材料造全新概念的微流控技術(shù)

  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(diǎn),迅速成為研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。然而,為了駕馭液體的流動(dòng),往往需要許多龐大的外置設備。

  復旦大學(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“拖家帶口”的難題,利用光來(lái)引導、驅動(dòng)和制動(dòng)液體的流動(dòng),研發(fā)出全新概念的光控微流體技術(shù)。經(jīng)過(guò)多年的鉆研,俞燕蕾團隊帶著(zhù)該技術(shù)亮相2017工博會(huì )。

  “看不見(jiàn)的手”:光致形變開(kāi)創(chuàng )微流控新時(shí)代

  說(shuō)起實(shí)驗室,人們首先會(huì )想到一間裝滿(mǎn)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的工作,可謂是“芯片上的實(shí)驗室”。近年來(lái),伴隨微流體芯片的功能日趨完善,相應的外置驅動(dòng)設備越來(lái)越復雜。這不僅使整個(gè)系統變得龐大臃腫,其通過(guò)外部接入的方式驅動(dòng)流體也讓液體面臨著(zhù)被污染的危險。

  俞燕蕾團隊長(cháng)期從事光致形變液晶高分子材料的研究,從根本觀(guān)念上進(jìn)行轉變,利用微管形變產(chǎn)生的毛細作用力來(lái)推動(dòng)液體的前進(jìn),讓驅動(dòng)泵與流體通道合二為一,從而一次性解決“外置設備過(guò)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(shí),光強越大處,微管形變程度也越大,于是微管會(huì )從柱形變?yōu)殄F形。濕潤的液體在軸向毛細作用力驅動(dòng)下,能夠自發(fā)地向錐形毛細管的細端移動(dòng)?;谶@一原理,通過(guò)改變光的強度可以實(shí)時(shí)控制液體流動(dòng)的速度與方向。

  談到選擇“光”的理由,俞燕蕾說(shuō):“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(diǎn)非常吸引我?!痹诠プx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(shù),產(chǎn)生了將兩者結合的念頭,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流動(dòng)是遠遠不夠的,如何將這項技術(shù)真正應用于芯片的制造是俞燕蕾團隊為關(guān)注的。被稱(chēng)為“芯片實(shí)驗室”的微流控芯片,顧名思義,芯片上可以完成一系列實(shí)驗室操作,譬如固體的溶解、液體的攪拌與混合等。

  通過(guò)不斷改變光的強度來(lái)使液體來(lái)回震蕩來(lái)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(huà),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(guò)核酸擴增來(lái)增加核酸濃度時(shí),需要反復經(jīng)過(guò)不同溫區。利用傳統的微流控技術(shù),受制于其單一的前進(jìn)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(wèn)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(diǎn),只需將芯片通路制成環(huán)形使液體不斷在內部流動(dòng),便可達到遍歷不同溫區的目標,且沒(méi)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(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、分離等都可以通過(guò)微管執行器完成,而光控微流體技術(shù)使其擺脫繁瑣的外置驅動(dòng)設備,減少液體流動(dòng)限,使得整個(gè)系統更為簡(jiǎn)便和自由。

  學(xué)科交叉:未來(lái)應用擁有無(wú)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?!闭劶拔磥?lái)的研究計劃,俞燕蕾這樣說(shuō)。通過(guò)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(lái),便可進(jìn)行精準的臨床前藥物篩選,不但避免了動(dòng)物實(shí)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(diǎn),涉及到生物檢測和藥學(xué)的知識,都是我們之前不熟悉的?!睂Υ?,俞燕蕾也表示樂(lè )于與不同學(xué)科背景的學(xué)生交流?!拔覀儗?shí)驗室也歡迎各種藥學(xué)、化學(xué)、生物之類(lèi)的同學(xué)加入?!蹦壳?,俞燕蕾課題組與許多來(lái)自于不同背景的研究者合作——材料、分析化學(xué)、藥學(xué)、醫學(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(lái)的研究領(lǐng)域必是充滿(mǎn)著(zhù)不同學(xué)科間的融合?!皬偷┦莻€(gè)很好的平臺,有很多實(shí)力強大的學(xué)科?!庇嵫嗬賹ξ磥?lái)的交叉學(xué)科之路充滿(mǎn)信心:“我們這個(gè)項目特別適合?!?/p>


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