麻省理工團隊開發了含有混合、分離和測試流體的系統的纖維。這些基于纖維的微流體系統可以為醫學篩查開辟新的可能性。

 研究人員通過將導線與微流體通道集成在長纖維中，使其具有細胞分類的能力——在這微流體裝置中，利用細胞對電場的反應不同將活細胞與死細胞分離。圖中活細胞（綠色）被拉向通道的外邊緣，而死細胞（紅色）被拉向中心，允許它們被送入單獨的通道。

 微流體裝置是一種具有微觀通道的微小系統，可用于化學或生物醫學測試和研究。麻省理工學院的研究人員已經將微流體系統引入到單個纖維中，從而以更復雜的方式處理更大體積的流體。從某種意義上說，推進開辟了微流體的一個新的“宏觀”時代。環氧樹脂

 過去幾十年中在制造在微芯片樣結構上廣泛開發和使用的傳統微流體裝置，并規定在微觀體積中混合、分離和測試流體的方法。例如，在少量血液的醫學測試通常依賴微流體。但是這些裝置的小體積也帶來了限制；例如，它們不能用在更大體積的液體來檢測微量存在的物質的程序。

麻省理工學院的一個研究小組找到了一種在纖維內部制造微流體通道的方法。這些纖維可以適應更大的生產量，并且它們在通道的形狀和尺寸上提供了極大的控制和靈活性。本周，麻省理工學院的研究生Rodger、Yuan Joel Voldma和Yoel Fin以及其他四位學者在《美國國家科學院院刊》“Proceedings of the National Academy of Sciences,”上發表了一篇論文，論文中詳細描述了這一新概念。

多學科方法

這個項目是Fink在擔任麻省理工學院電子研究實驗室主任時發起的“快速風暴”活動（頭腦風暴與速配的融合——Jeffrey Grossman教授的一個想法）的結果。這些活動旨在幫助研究人員開發新的合作項目，讓學生和博士后一對一頭腦風暴6分鐘，并在一個小時內提出數百個想法，這些想法由一個小組進行排名和評估。在這次特別快攻課程中，電氣工程專業的學生與材料科學和微系統技術專業的其他學生合作，開發出一種用新型多材料纖維細胞分類的新方法。

Yuan解釋說，盡管微流控技術被廣泛開發和廣泛用于處理少量液體，但是它存在三個固有的局限性，即裝置的總體尺寸、通道形狀和難以加入電極等其它材料。產生局限性的原因如下：

因為它們通常是用芯片制造方法制造的，所以微流體器件僅限于在這樣的系統中使用不超過寬度8英寸的硅晶片。制造這種芯片的光刻方法限制了通道的形狀，只能在正方形或矩形的截面中使用該方法。最后，難以加入其它材料，例如用于感測或操縱通道內容的電極，必須在單獨的工藝中單獨放置，嚴重限制了它們的復雜性。

Yuan作為博士研究的一部分開展了這項工作，他說：“硅芯片技術確實便于制作矩形輪廓，但除此之外，任何東西都需要真正的專業技術。他們能夠制作三角形，但僅限于特定角度的三角形。”他和他的團隊開發的基于光纖的新方法，可以實現通道的多種形狀截面，包括星形、十字形或蝴蝶結形狀，這些形狀可能對諸如自動機之類的特定應用有用。在生物樣品中對不同類型的細胞進行合理分類。

此外，對于傳統的微流體，諸如傳感或加熱線之類的元件，或在采樣流體中引起振動的壓電裝置，必須在后續的處理階段添加。現在它們可以完全集成到新的基于光纖的系統中的信道中。

簡短的描述

與多年來在材料科學與工程學教授、美國先進功能織物（AFFOA）協會主席約Yoel Fink的實驗室中開發的其他復合纖維系統一樣，這些纖維是由一個超大的聚合物圓柱體制成的，稱為預成型體。這些預成型體包含最終纖維所需的精確形狀和材料，但形式要大得多——這使得它們更容易在非常精確的配置中制造。然后，將預成型體加熱并加載到滴塔中被緩慢地拉過噴嘴，該噴嘴將預制件收縮成直徑為預制件直徑的四分之一的窄纖維，同時保持所有的內部形狀和安排。

在此過程中，被拉長的材料是原來長的1600倍，例如100毫米長(4英寸長)的預成型體變成160米長(約525英尺)的纖維，從而明顯克服了現有微流體裝置固有的長度限制。這對于某些應用來說可能是至關重要的，例如檢測存在于流體中濃度非常小的微觀物體——數百萬正常細胞中的少量癌細胞。

Voldman他是電氣工程學教授，專門研究生物微技術。他說：“有時候你需要加工很多材料，因為你所尋找的是稀有的。這使得這種新的基于纖維的微流控技術特別適合于這種用途，因為“纖維可以被拉得很長，讓液體有更多的時間留在通道內并與之相互作用。”

“雖然傳統的微流體裝置可以通過在小芯片上前后循環來延長通道，但由此產生的扭曲和迂回改變通道的輪廓并影響液體的流動方式。而在纖維制造的微流體系統中可以不改變通道形狀延長通道，允許液體不間斷的流動，”Yuan說。

該系統還能使諸如導線的電氣部件并入光纖中。這些是可以操縱細胞的例子，使用一種稱為介電泳的方法，其中不同細胞受到通道兩側兩根導電線之間產生的電場的不同影響。

“利用這些微通道中的導線，人們可以控制電壓，在高流速下推拉細胞完成分離，”Voldman說。

作為演示，研究小組制作了一種長通道光纖裝置，用于分離細胞，將死細胞與活細胞分類，并證明了它在完成這項任務中的效率。Yuan說，隨著進一步的發展，他們希望能夠在不同類型細胞之間進行更細微的區分。

 “對我來說，這是一個很好的例子，由研究生發起和領導在RLE等跨學科實驗室，研究小組之間的相互作用引發了一個突破性的研究。“我們的老師基本上被我們的學生拖累了，”Fink說。

" 研究人員強調，他們不認為這種新方法現在可替代微流體，在很多方面都有很好應用。"Voldman說，"這并不意味著要取代'現有的方法'，允許一些以前沒有可能使用的特定功能的新功能。"