微流控芯片研发:微流控演变史

微流控技术的诞生,是人们对于自动化以及效率的最大化追求。

微流控的“微”是指实验仪器设备的微型化(尺寸为数十到数百微米);“流”是指实验对象属于流体(体积为纳升到阿升);“控”代表着在微型化设备上对流体的控制、操作和处理。它属于一种底层技术,交织着化学、流体物理、微电子、新材料等多门学科知识,从理论上说任何流体参与的实验,都应有微流控技术的一席之地。

在20年前,微流控的边界尚未得到精确定义,它仅仅是起源于微机电加工技术而在化学分析的需求上发展起来的一门模糊学科; 而今天微流控技术已然成为一项独特而重要的技术,在各个领域展露头脚。 微流控学的发展主要受到四大领域的需求驱动,包括分子分析,微电子学,军事探测和分子生物学。

微量分析

微流控最早起源于微量分析方法,包括气相色谱(GPC),高效液相色谱(HPLC)或毛细管电泳(CE)等方法。这些技术起源于1950年代和60年代,可通过使少量样品流入狭窄的试管或毛细管中来分离或分析化合物或生物分子,从而达到很高的灵敏度和分辨率。正是由于这些微量分析方法的成功,人们对于进一步发展成为更加紧凑,通用,应用面更广的分析形式有了更高的要求。

(A)StellanHjertén教授,他首先使用毛细管进行电泳,并于1967年使用自动版本的毛细管自由区电泳仪。(B)控制Apollo航天器(1960年代)的计算机的逻辑NOR IC组件,以及(C)PCR机器的原型“ Baby Blue”:软件控制器与热循环模块集成,1986年(图片来自Science博物馆组)。

微电子学

微流体学最有名的母体是微电子学:从一开始,研究人员尝试着直接将微电子学的制造方法和材料应用到微流控学。光刻,硅和玻璃成为了微流控学的第一批成员,但是由于生物化学分析应用的独特性,使得后来还是无法按照原始的硅微电子器件的形式发展。 到后来,微流控通过使用新的特定微加工方法和材料从微电子学和半导体技术中分离出来。

军事探测

军事探测是少有人知道的微流控技术的先驱。从1994年开始,美国国防高级研究计划局为微机电系统的发展以及微型化和便携式“芯片实验室”的发展做出了重大贡献,其主要目标是设计和开发可现场部署的微流控系统用作检测化学和生物武器,而这些项目刺激了微流控领域学术研究的快速发展。

分子生物学

分子生物学是微流控技术研究的第四个主要推动力,80年代爆发的基因研究,以及随后出现的分子生物学相关的其他微量分析领域,如高通量DNA测序等,对于检测速度,通量,灵明度和分辨率都有了更高的要求,而微流控技术则提供了解决这些问题的方法。

例如

著名的PCRKary Mullis于1980年代初期开发了通过热(DNA聚合酶链反应)技术扩增DNA序列的技术。反应需要少量液体,通常为10-200 µl,因此需要精密的仪器。开始时,由于缺少自动化仪器,因此该反应是一个耗时的多步骤过程,必须手动执行。1987年开发了第一台商用机器,即简单的热循环仪。它使过程变得可靠,并且它的小尺寸使操作最小化以及在实验室外工作成为可能。

从1950年代开始,人们对设计小型化的系统和仪器的兴趣与日俱增,近来,由于开发了在半导体上创建复杂的3D微型图案的新技术,设计小型化仪器已经成为可能。科学研究开始于使传感器和其他组件小型化,然后将它们与微型计算机集成在一起来开发便携式(小尺寸)集成平台用作环境或医疗监视器及测量系统。

到21世纪的今天,微流体技术成为了当下许多突破性医学创新背后的快速增长的技术。该技术使得多相流自动化控制成为可能,给基因、免疫、微生物和临床化学等诊断领域带来颠覆性突破,生物芯片与生物靶向药物的结合,更是推动临床医学全面走向个性化医疗诊疗。

ITL在微流体芯片及其相关IVD仪器的设计开发方面拥有多年的经验,能够根据客户和市场的需求, 通过设计仪器自定义流体泵的结构使其在体外诊断设备中更精准地运送和混匀液体。从而达到快速精准分析的目的。到目前为止,我们已经成功完成了600多个相关的研发项目,如果您想了解我们如何开发和产品化微流控芯片以及相关仪器,请跟我们联系吧。

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