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新发现将传统的微流体技术转变为开放式微流体技术

2019-04-21 17:30:30 • 来源：

从传统的微流体到开放式微流体

新发现将传统的微流体技术转变为开放式微流体技术

微流体是指微尺度设备中的流体操纵。通常称为“片上实验室”，微流体系统用于研究和分析非常小规模的化学或生物样品，取代用于传统生物分析的极其昂贵和繁琐的仪器。通过麻省理工学院技术评论，2001年将“改变世界的10项新兴技术”列入其中，微流体被认为是生物学和化学的革命性，因为微处理器已经用于电子和IT，它适用于巨大的市场。

今天，这个年轻的学科，在2000年代开始以微通道网络组成的封闭系统开始起飞，它本身正在被综合理工学院和麦吉尔大学的研究人员发现的根本改变，这加强了理论和实验基础。开放空间微流体学。

这种消除通道的技术与传统的微流体技术在某些类型的分析中具有良好的竞争优势。实际上，闭合通道微流体装置的经典配置提供了若干缺点：通道横截面的规模增加了细胞在培养时所经受的应力; 它们与细胞培养标准 - 培养皿不相容，这使得该行业很难采用它。

Polytechnique和McGill大学研究人员探索的新方法基于微流体多极(MFM)，这是一种同时流体吸入系统，通过非常小的表面上相对的微开口吸入系统，放置在厚度小于0.1 mm的狭窄空间内。“当它们彼此接触时，这些流体喷射形成的图案可以通过用化学试剂染色来看到，”Gervais教授说。“我们希望了解这些模式，同时开发一种可靠的MFM建模方法。”

优雅的视觉对称重现艺术家MC ESCHER的工作

为了理解这些模式，Gervais教授的团队必须为开放的多极流开发一种新的数学模型。该模型基于称为共形映射的经典数学分支，通过将其简化为更简单的几何形状来解决与复杂几何相关的问题(反之亦然)。

博士生ÉtienneBoulais首先开发了一个模型来研究多流偶极子(只有两个开口的MFM)中的微喷射碰撞，然后依靠这个数学理论，将模型外推到具有多个开口的MFM。“我们可以用象棋游戏进行类比，其中有一个版本有四个玩家，然后六个或八个，应用空间变形同时保持相同的游戏规则，”他解释道。

“当受到共形映射时，流体喷射碰撞产生的图案形成了对称的图像，让人想起荷兰艺术家MC Escher的画作，”这位对视觉艺术充满热情的年轻研究员补充道。“但远远超出其美学吸引力，我们的模型允许我们描述分子在流体中移动的速度以及它们的浓度。我们为多达12个极点的所有可能系统配置定义了有效规则，以产生多种多样的流动和扩散模式。“

因此，该方法是一个完整的工具箱，不仅可以模拟和解释MFM中出现的现象，还可以探索新的配置。由于这种方法，现在可以实现开放空间微流体测试的自动化，这种测试到目前为止只是通过反复试验进行过探索。

使用3D打印制作设备

MFM设备的设计和制造由Pierre-Alexandre Goyette完成。该设备是一种由树脂制成的小探针，采用低成本的3D打印工艺，并连接到泵和注射器系统。

“Juncker教授团队在固定在表面上的抗体检测蛋白质方面的专业知识对于管理该项目的生物学方面非常宝贵，”生物医学工程博士生说。“通过分析获得的结果验证了我的同事Étienne开发的模型的准确性。”

该装置允许同时使用多种试剂来检测同一样品中的各种分子，这为生物学家节省了宝贵的时间。对于某些类型的测试，分析时间可以从几天减少到几个小时，甚至几分钟。此外，该技术的多功能性应使其可用于各种分析过程，包括免疫学和DNA测试。

走向微流体显示器?

Gervais教授的团队已经在考虑他的项目的下一步：开发一个显示化学图像的屏幕。

“这将是液晶显示器的一种化学等价物，”Gervais教授解释说。“就像我们在屏幕上移动电子的方式一样，我们会发送各种浓度的流体射流，这些流体会与表面发生反应。它们会形成一个图像。我们很高兴能够推进这个项目，为此我们已获得临时专利。“

重新诊断程序和医疗处理后续行动

目前，该研究团队开发的技术针对的是基础研究市场。“我们的工艺可以同时将细胞暴露于许多试剂中，”Gervais教授说。“它们可以帮助生物学家大规模研究蛋白质和试剂之间的相互作用，从而增加分析过程中获得的信息的数量和质量。”

他解释说，随后，医药市场也将能够受益于这一发现所带来的筛选系统自动化的新方法。最后，它通过促进患者细胞培养和接触各种药物来确定哪些药物最佳反应，为药物发现开辟了一条新途径。

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