什麼是微流體？讓我們帶你走進奇妙的微流體世界
每當我們提及微型化技術或納米技術時，你可能很快就會聯想到手機、微型機器人或微晶元等小型電子產品。
其實，這種技術已經滲透到我們生活的方方面面。比如，在當前應對新冠大流行最有效的手段之一：COVID-19測試也是一種微型化技術。而且，這種技術已被證明是控制疫情的關鍵。許多COVID-19測試可以在數小時內給出結果，而無需將樣本送至實驗室。這些檢測大多使用一種稱為「微流體」的方法。
上圖：噴墨印表機噴頭
事實上，從懷孕測試到葡萄糖試紙，再到噴墨印表機，甚至基因測試，一切都依賴於「微流體」。這項許多人都不知道的技術，無處不在，對現代世界運轉的許多東西都至關重要。
微流體是什麼？
微流體系統是任何處理微量液體的設備。這些液體通過的通道比頭髮還要細，微小的閥門可以開啟和關閉流量。這些通道通常由玻璃、聚合物、紙或凝膠等材料製成。
要想使流體移動，一種方法是使用機械泵；另一種方法是利用某些材料的表面電荷；當然還有一種方法使用的是所謂毛細管作用 ——?更常見的是芯吸作用。芯吸是儲存在液體中的能量推動液體通過狹窄空間的過程。
在微小的尺度內，流體的運動方式並不直觀。 並不像我們常見的從花園水管或淋浴噴頭出來的湍流、混亂的水流。 相反，在狹窄的微通道容積中，流量異常穩定。
流體會以有組織的平行流沿通道向下移動 —— 稱為層流。層流是微流體系統中的一大奇觀。層流中的流體和顆粒會遵循數學上可預測的路徑流動，這是精密工程和醫療設備設計的必備條件。
這些對研究人員具有啟發意義的過程，在自然界中存在了千百萬年。植物利用毛細作用將營養物質從根部輸送到最高的樹枝上，這就是自動供電的微流體電路的靈感來源。
化學家們模仿雨滴的物理特性，設計了一種設備，將樣本分解成數百萬個液滴，並以令人眼花繚亂的速度對其進行分析。每個液滴本質上都是一個微型的化學實驗室，化學家們可以研究生物分子的進化，並進行超快的遺傳分析等等。
上圖：人體內的微動脈
最後，就連人體的每個角落都是微流體的。如果沒有複雜的毛細血管為每個細胞輸送食物、氧氣和信號分子，我們就不可能出生或正常生活。
微型科技的好處
就像微電子學一樣，尺寸是微流體的關鍵。
隨著元件變得越來越小，設備可以在很小的尺度上依賴於液體的奇怪特性，可以更快、更有效地操作，而且製造成本更低。現在，微流體革命已經悄悄地搭上了電子產品的順風車。
微流體裝置的另一個主要優點是，它們只需要非常少量的液體，因此尺寸可以很小。
上圖：血糖儀也是微流體儀器
美國宇航局（NASA）長期以來一直在考慮為其火星漫遊車配備微流體分析儀。對珍貴液體標本（如人體血液）的分析，也得益於使用小樣本的能力。例如，血糖儀就是微流體儀器，只需要一滴血就可以測量糖尿病人的血糖。
技術、生物和醫學中的微流體學
實際上，你在生活中會經常使用微流體。噴墨印表機能噴出微小的墨滴；3D印表機通過微流體噴嘴擠出熔融聚合物；鋼筆和圓珠筆中的墨水是通過微流體原理流動的；哮喘患者的噴霧器可以噴射出微小的藥物液滴；懷孕測試依賴於尿液在微流體紙條中的流動。
在科學研究中，微流體可以將藥物、營養物或任何液體引導到生物體的特定部分，以更精確地模擬生物過程。
例如，研究人員將蠕蟲困在通道中，用氣味刺激它們來了解神經迴路。另一個研究小組將營養物質導向植物根部的特定區域，觀察對生長化學物質的不同反應。其他研究小組設計了微流體陷阱，從血液中物理捕獲罕見的腫瘤細胞。
上圖：IBM的微流體腫瘤檢測設備
大量的微流體遺傳晶元提供了對人類基因組進行快速測序的能力，並使諸如23andMe之類的個性化DNA測試成為現實。 沒有微流體，這是不可能的。
微流體的未來
微流體技術將是引領醫學進入一個新的、快節奏的、負擔得起的時代的關鍵。用於運動監測的可穿戴設備，以及將抗癌藥物局部傳遞到患者腫瘤上的可植入設備，是生物醫學微流體的下一個前沿領域。
上圖：以微流體技術打造的VR手套
研究人員正在開發一種名為「晶元上的器官」的複雜而迷人的微流體系統，旨在模擬人體生理的各個方面。
在世界各地的實驗室里，研究團隊都正在開發晶元上的腫瘤平台，以更有效地測試抗癌藥物。這些病人的化身，將使科學家能夠以一種不涉及與動物或人類試驗相關的成本、痛苦和倫理問題的方式測試新的治療方法。
在實驗室里，我們首先將癌症患者的腫瘤活檢解剖成數千個顯微的規則片段，然後讓它們存活下來。由於它們的體積很小，我們可以使用微流體將微小的腫瘤碎片捕獲到多個孔中，每種藥物一個孔。
這些樣本保留了腫瘤的適當細胞環境，這將使我們能夠更準確地預測藥物對特定人的作用方式。
大膽的想像一下，你去看醫生，把活檢取出來，在不到一周的時間裡，通過使用我們的微流體設備，醫生就能找出哪種雞尾酒藥物最適合切除你的腫瘤。
雖然，這仍是未來的事，但我們知道的是，未來將是微流體技術的。
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