Microfluídica (Microfluídica)

La microfluídica se refiere a la ciencia y la tecnología caracterizadas por la manipulación de fluidos en espacios a micro y nanoescala. Es un tema interdisciplinario emergente que involucra química, física de fluidos, microelectrónica, nuevos materiales, biología e ingeniería biomédica. Puede integrar el proceso de análisis de muestras en biología, química, medicina y otros campos, incluida la preparación, reacción, separación, detección y otras unidades básicas en un chip a nivel de micras, y completar automáticamente todo el proceso de análisis. Debido a su miniaturización e integración, los dispositivos de microfluidos a menudo se denominan chips de microfluidos, también conocidos como sistemas de análisis micrototal y de laboratorio en un chip. Materiales de chips microfluídicos: oblea de silicio, vidrio, PDMS, papel, etc. , cada uno tiene ventajas y desventajas. Existen varios tipos de tecnologías de fabricación de chips de microfluidos: tecnología de fotolitografía y grabado, método de prensado en caliente, método de moldeo, método de moldeo por inyección, tecnología LIGA, método de ablación por láser y tecnología de litografía blanda.

(1) Ventajas técnicas

La cuantificación miniaturizada de paso alto requiere menos muestras y menos consumo de reactivos.

(2) Escenarios de aplicación

Los chips de microfluidos tienen las ventajas obvias mencionadas anteriormente, lo que les hace tener perspectivas de aplicación muy amplias en diferentes campos. Por ejemplo, en el campo del diagnóstico in vitro, que está más estrechamente integrado con los chips de microfluidos, puede desarrollar sus propias características en análisis bioquímicos, inmunodiagnóstico, diagnóstico molecular y otras subdivisiones de DIV, y tiene un gran potencial para reemplazar los métodos tradicionales de detección de DIV. Además, las ventajas del aislamiento celular pueden mejorar en gran medida la tasa de detección y la pureza de las células tumorales circulantes, proporcionando así un apoyo fundamental para el tratamiento de cánceres relacionados. En el campo de la detección de fármacos, los chips de células madre, por ejemplo, pueden superar las limitaciones de la investigación existente sobre células madre in vitro y simular el complejo entorno de crecimiento y diferenciación de las células madre tanto como sea posible controlando con precisión varios factores en el microambiente de las células madre. en tiempo real.

(3) Control de fluidos del chip de microfluidos

Los microfluidos se pueden dividir en microfluidos pasivos y microfluidos activos. Los microfluidos pasivos (método de flujo multifásico, método de gradiente de concentración, método centrífugo y método termocapilar) completan diversas reacciones mediante la acción capilar del propio líquido sin fuerza externa. Los microfluidos activos (dielectroforesis, método neumático, método de electrohumectación, método magnético) controlan con precisión la forma de flujo del líquido y controlan cuantitativamente el volumen de la muestra de reacción mediante el control preciso de la cámara de reacción en el chip y el dispositivo de válvula dentro del instrumento, por lo que que la muestra participe cuantitativamente en la reacción para lograr un control preciso.

(D) Aplicación de tecnologías clave basadas en chips de microfluidos

1. POCT basado en microfluidos

2 Plataforma convencional para detección de paso ultraalto. —Chip de gotas de microfluidos: agregue dos líquidos inmiscibles al canal del chip de microfluidos y la fase dispersa se dispersa en la fase continua en forma de pequeñas unidades de volumen a una velocidad extremadamente rápida (100-10000/s). la formación de gotitas que sirven como microrreactores o portadores de muestras microbioquímicas. Las gotas de chips de microfluidos se consideran los microrreactores más importantes hasta la fecha, que pueden proporcionar una plataforma para el rápido desarrollo de reacciones de contenido ultrabajo y a gran escala a nivel de una sola molécula y una sola célula. Las gotas son flexibles en manipulación, de forma variable, de tamaño uniforme y tienen un excelente rendimiento de transferencia de calor y masa. Su frecuencia alcanza decenas a cientos de KHz, lo que muestra un gran potencial en el campo de la detección de drogas y sustancias mediante paso alto.

3. Una plataforma para manipular células de mamíferos y su microambiente - laboratorio biónico de chip de microfluidos: dado que el tamaño de los componentes del chip de microfluidos es consistente con las células, puede medir simultáneamente cantidades físicas, cantidades químicas y biomasa. por lo tanto, representa la plataforma más prometedora para manipular células de mamíferos y su microambiente. En la actualidad, es posible construir unidades operativas de cultivo, clasificación, lisis y otras unidades de cultivo celular tridimensionales relativamente cerradas a escala micrométrica, y extender con éxito estas unidades a tejidos y órganos. Órgano en un chip es un modelo más cercano a un sistema biónico. Puede cultivar varias células vivas para formar tejidos y órganos en un chip de varios centímetros cuadrados. Incluso puede formar un chip vivo a partir de diferentes chips de órganos, simulando así. Las funciones de un cuerpo vivo, estudiando las diversas relaciones entre el todo y las partes del cuerpo vivo. En el campo farmacéutico, los órganos en chips serán reemplazados parcialmente por animales modelo, como ratones, para validar candidatos a fármacos y realizar estudios toxicológicos y farmacológicos.