微流控芯片
關(guān)注創(chuàng)建者：琳泓c(diǎn)omsol 創(chuàng)建時(shí)間：2019-09-01
微流控芯片的實(shí)例教程
(b).微流控腦三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型
圖7.基于微流控芯片的傷口愈合模型和傷口敷料篩選
(a).細(xì)胞共培育和傷口選擇性產(chǎn)生的微流控傷口模型
(b).基于微流控芯片的傷口敷料篩選模型
(c).細(xì)菌纖維素傷口敷料在微流控芯片上的評(píng)估
(d).納米抗菌敷料的制備過程示意圖
(e).抗菌金納米粒子的合成過程及其在促進(jìn)傷口愈合中的應(yīng)用
圖8.基于微流控芯片的藥物篩選
(a).在微流控芯片上研究GNC-siRNA抑制胰腺癌發(fā)展
(b).可以同時(shí)產(chǎn)生流體剪切力和循環(huán)拉伸力的微流控芯片示意圖
(c).早期動(dòng)脈粥樣硬化模型的構(gòu)建及藥物篩選
【小結(jié)】
在這篇綜述中，作者強(qiáng)調(diào)了基于微流控芯片的組織合成的概念，并總結(jié)了近年來(lái)通過微流控芯片技術(shù)來(lái)合成組織的相關(guān)進(jìn)展。
展開 簡(jiǎn)介
微流控芯片技術(shù)規(guī)模繼承的特點(diǎn)使得其對(duì)個(gè)體生物信息進(jìn)行高速，并行采集和分析成為可能，是現(xiàn) 代生物科學(xué)的一個(gè)重要信息采集和處理平臺(tái)，為生命領(lǐng)域研究提供技術(shù)支撐和操作平臺(tái)。利用微流控芯 片規(guī)模集成、微尺度熱傳質(zhì)效應(yīng)、可控微流體、類仿生空間微結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)，目前微流控芯片技術(shù)已經(jīng)在 生物基因工程、疾病診斷和藥物研究、細(xì)胞分析、生物分子間相互作用等領(lǐng)域取得了顯著的成果。
分類
A、生物基因工程
生物基因工程主要基于核酸分子雜交技術(shù)，該技術(shù)也是生物微芯片技術(shù)（基因芯片，DNA芯片）的 起源。 一般通過在芯片表面固定高密度的設(shè)計(jì)好的寡聚核苷酸或cDNA序列點(diǎn)陣，標(biāo)記熒光探針進(jìn)行核 酸雜交， 通過激光共聚焦掃描顯微鏡/CCD熒光顯微鏡等設(shè)備分析雜交熒光 信號(hào)，進(jìn)而獲得核苷酸配對(duì) 序列信息。 基因芯片被廣泛應(yīng)用于大規(guī)模的基因測(cè)序和基因診斷技術(shù)，讓我們能從基因?qū)用嫔狭私馍?活動(dòng)現(xiàn)象。
B、疾病診斷和藥物研究 隨著微流控芯片技術(shù)的不斷發(fā)展，生物芯片技術(shù)不局限于高通量的點(diǎn)陣芯片， 漸漸發(fā)展成融合生物 樣本處理純化、反應(yīng)標(biāo)記及檢測(cè)等多個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟的功能化生物芯片，從而擴(kuò)大在疾病診斷和藥物研究等 領(lǐng)域的應(yīng)用
C、細(xì)胞分析 在生命科學(xué)領(lǐng)域里，對(duì)細(xì)胞組分形態(tài)變化和生命活動(dòng)分析一直是研究 生命現(xiàn)象的重要方法。微流控 芯片類仿生空間微結(jié)構(gòu)的特性為細(xì)胞培養(yǎng)， 單細(xì)胞捕捉等提供了非常良好的操作平臺(tái)，并使得集成化的 細(xì)胞研究成 為可能，諸如細(xì)胞進(jìn)樣、培養(yǎng)、分選、裂解和分離檢測(cè)等過程可在一塊 芯片上完成。
D、生物分子間相互作用 生物分子間的相互作用是研究生命現(xiàn)象的基礎(chǔ)，涉及各類小分子化合物、多肽、蛋白質(zhì)、寡核苷酸 和寡聚糖直至類脂、噬菌體、病毒和細(xì)胞的生物體系研究。
展開 隨著微流控技術(shù)的迅猛發(fā)展，微流控領(lǐng)域出現(xiàn)了眾多具有創(chuàng)新意義的新技術(shù)，如表面張力限制的液滴微流控技術(shù)。表面張力限制的液滴微流控技術(shù)在生物醫(yī)藥和材料合成等方面具有非常廣泛的應(yīng)用，使用簡(jiǎn)便而有效的方法制備出均勻性良好的液滴陣列也是近年來(lái)的研究熱點(diǎn)之一。近日，上海大學(xué)的巫金波教授團(tuán)隊(duì)通過表面親疏水的差異將微米級(jí)尺寸的液滴固定在基片表面，制備出不同形狀、尺寸的液滴陣列，并利用液滴陣列進(jìn)行單細(xì)胞的培養(yǎng)與觀測(cè)。
傳統(tǒng)的液滴微流控技術(shù)多是基于復(fù)雜的三維立體通道結(jié)構(gòu)的微流控芯片，制備工藝復(fù)雜、儀器精度要求高且價(jià)格昂貴。表面張力限制的液滴微流控技術(shù)與傳統(tǒng)液滴微流控技術(shù)最大的不同點(diǎn)在于前者基于對(duì)表面張力的控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)液滴的操控，如液滴的生成及運(yùn)動(dòng)，而后者是基于對(duì)三維微通道結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)液滴的分裂、運(yùn)動(dòng)及融合。相應(yīng)地，基于表面張力的液滴微流控技術(shù)只需要對(duì)平臺(tái)表面進(jìn)行選擇性的化學(xué)改性或者物理作用，使平臺(tái)表面的不同區(qū)域?qū)σ后w的表面張力發(fā)生變化，產(chǎn)生具有親疏水性的通道或陣列圖案。通過改變圖案尺寸或調(diào)節(jié)液滴產(chǎn)生過程中的各項(xiàng)參數(shù)，他們就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)液滴尺寸及形貌的調(diào)控，對(duì)需要精確定量的化學(xué)或生物反應(yīng)而言是巨大的優(yōu)勢(shì)。但就目前發(fā)展情況而言，這一技術(shù)仍存在一定的挑戰(zhàn)和困難——微小體量的液滴揮發(fā)速率極快，如何確保液滴體積的穩(wěn)定性并利用液滴陣列進(jìn)行材料的合成或細(xì)胞培養(yǎng)仍需要進(jìn)一步的探索。
上海大學(xué)的巫金波教授團(tuán)隊(duì)在具有疏水性質(zhì)的基片表面構(gòu)建了親水圖案，當(dāng)把水溶液（如熒光溶液、細(xì)胞培養(yǎng)液等）和油液依次分別添加到基片表面時(shí)，通過滑動(dòng)玻璃蓋片的方法，親水區(qū)域的水溶液會(huì)得到保留，而疏水區(qū)域會(huì)被油液所侵占，從而成功地制備出形狀規(guī)則、尺寸均一、排布整齊的皮升量級(jí)的油蓋水型液滴陣列。整個(gè)過程只需短短的5秒鐘便可制備出一萬(wàn)多個(gè)體積為31皮升左右的液滴，液滴生成的通量達(dá)到3 kHz。
展開 總體來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)的微流控芯片制造技術(shù)屬于勞動(dòng)密集型的產(chǎn)業(yè)，將3D打印技術(shù)用于制造微流控生物芯片可以在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)實(shí)現(xiàn)微型流體通道的快速制造，有利于設(shè)計(jì)的快速迭代，提高了基于微流控研究的跨學(xué)科性，并加速創(chuàng)新。目前，3D打印技術(shù)在微流控芯片制造中的應(yīng)用尚處于早期階段，其應(yīng)用以芯片研發(fā)、設(shè)計(jì)驗(yàn)證為主。
令人驚訝的是，該芯片僅使用室溫水就能夠達(dá)到這一水平。通過歧管輸送。該實(shí)驗(yàn)表明，與傳統(tǒng)冷板相比，結(jié)點(diǎn)到入口的熱阻降低了 44%，每瓦使用的冷卻液量是其三十分之一。使用標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)程序評(píng)估性能。
這是首次直接在標(biāo)準(zhǔn)消費(fèi)類CPU上創(chuàng)建微流控通道，并在有源CMOS器件上通過微流控冷卻實(shí)現(xiàn)了最高的功率密度。該小組在IEEE Xplore上報(bào)告說(shuō)，結(jié)果表明，在不需要能源密集型制冷系統(tǒng)的情況下，可以更有效地運(yùn)行數(shù)據(jù)中心。芯片制造商所需要的只是批量生產(chǎn)帶有蝕刻微引腳的處理器，并將它們包裝在歧管上，以代替通常的散熱器蓋。如果像臺(tái)積電這樣的晶圓代工廠能夠?yàn)樗麄兊?em>芯片提供內(nèi)置的液體冷卻，那將改變采用的動(dòng)態(tài)。Alissa說(shuō)，這也將使該技術(shù)能夠進(jìn)一步突破界限。“使用冷板，你可能會(huì)得到40°C（104°F）的水，但使用微流體，你可能會(huì)有80°C（176°F）或更高的水從這些芯片中流出，因?yàn)槔鋮s劑非常接近活動(dòng)核心，”他說(shuō)。“這顯然提高了效率和熱回收效益，同時(shí)降低了對(duì)流速的要求。”
03
微流控的未來(lái)
Alissa說(shuō)，“微流體有兩種主要類型，在商業(yè)芯片中蝕刻通道：“去買芯片，進(jìn)行蝕刻，你就完成了。這種方法的更完整版本是讓代工廠在芯片到達(dá)消費(fèi)者之前進(jìn)行蝕刻 - 因?yàn)椴皇敲總€(gè)人都想利用處理器的背面并用酸攻擊它。除此之外，還有 Alissa 所說(shuō)的“更重的觸摸”方法。在這種情況下，您可以“在鑄造廠盡早攔截并開始構(gòu)建 3D 結(jié)構(gòu)”。他指的是多孔芯片，這些芯片將組件堆疊在一起，中間層有冷卻劑通道。這是基于Matioli在洛桑使用的方法的發(fā)展。正如 Alissa 所說(shuō)，“這有望帶來(lái)更多，但顯然，這是更多的工作。
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微流控芯片的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
微流控芯片的最新內(nèi)容
混合 / 芯片級(jí)液冷：冷板 + 浸沒復(fù)合方案；微流控冷卻嵌入芯片內(nèi)部，散熱效率提升 2–3 倍，適配 200W/cm2 以上熱流密度。
二、核心驅(qū)動(dòng)：AI 高密度 + 雙碳政策
算力密度飆升：AI 芯片 TDP 突破 1000W，單機(jī)柜功耗達(dá) 120–230kW，風(fēng)冷達(dá)物理極限，液冷成唯一可行路徑。
工業(yè)與科研應(yīng)用
本案例為電場(chǎng)下水球行為的模擬研究提供了重要的理論依據(jù)，并在多個(gè)領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用前景：
微流控技術(shù)：為微流控芯片中液滴控制與操作提供了理論支持，促進(jìn)了液滴微操作技術(shù)的發(fā)展。
材料科學(xué)：研究水分子在電場(chǎng)中的行為，幫助優(yōu)化電介質(zhì)材料的性能，特別是在電子器件和傳感器中的應(yīng)用。
這種 pcb 板怎么用 comsol 建模呢
圖5 陶瓷微通道散熱器和硅基微通道散熱器
微流控芯片技術(shù)通過在微小尺度上精確控制流體流動(dòng)，為醫(yī)學(xué)、化學(xué)及生物學(xué)等領(lǐng)域的研究應(yīng)用提供了強(qiáng)大的支持，預(yù)計(jì)市場(chǎng)規(guī)模(2024)達(dá)79.5億美元。目前聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的微流控制備微球技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了多流道的集成與一體化成型，如圖6所示，流道結(jié)構(gòu)精細(xì)且獨(dú)特，最小流道寬度達(dá)到了驚人的30μm。
這種自運(yùn)輸現(xiàn)象可以在微流體技術(shù)中發(fā)揮重要作用，如在微流控芯片和微流控設(shè)備中。通過設(shè)計(jì)合適的錐形微通道結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)流體混合、分離、粒子分選和藥物輸送等應(yīng)用。此外，錐形微通道還能夠提供更快速的反應(yīng)速度、更高的靈敏度和更小的樣品消耗。
本案例建立的錐形微通道模型如圖1所示。
如果微流控技術(shù)允許芯片達(dá)到更高的熱設(shè)計(jì)點(diǎn)（TDP），這可以消除硅設(shè)計(jì)人員目前面臨的障礙之一。
散熱的困難意味著當(dāng)今最大的芯片不能一次使用所有晶體管，否則它們會(huì)過熱。芯片上有“暗硅”區(qū)域，應(yīng)用微流體可以讓設(shè)計(jì)人員點(diǎn)亮這些區(qū)域，從而提高芯片性能。但不要指望微流體可以解決所有問題。
通過微流控技術(shù)與微流控芯片的集成及耦合，發(fā)展了獨(dú)特的紡絲化學(xué)方法，打破了傳統(tǒng)微流體紡絲純物理過程的局限性，引領(lǐng)了微流體紡絲技術(shù)的發(fā)展，為功能性微納纖維的宏量制備及過程調(diào)控研究提供了理論與技術(shù)支撐。基于微流體紡絲技術(shù)，陳蘇教授團(tuán)隊(duì)構(gòu)筑了一系列高性能光熱材料、生物醫(yī)用材料及功能性納米纖維織物，相關(guān)研究成果發(fā)表在Nat. commun.、Adv. Mater.、Angew. Chem. Int.
"智"控銳芯 · Pluidic?微流控芯片
數(shù)字微流控DMF（Digital Microfluidic）在生命科學(xué)領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，天馬結(jié)合先進(jìn)的TFT制造工藝與面板設(shè)計(jì)技術(shù)，開發(fā)了Pluidic?（Panel-Level-Microfluidic）面板級(jí)微流控技術(shù)，具備高精度，高通量，高靈活性，可批量生產(chǎn)等優(yōu)勢(shì)。
COMSOL淺談流體聚焦（水力聚焦）
作者：極度喜歡上課
一、引言
在微流控芯片中，樣品液的聚焦能盡量避免樣品液與微通道壁面的接觸，減少樣品液污染的可能性以及降低微通道內(nèi)發(fā)生堵塞的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)于一些具有細(xì)胞（顆粒）篩選功能的微流控芯片來(lái)說(shuō)，預(yù)先通過聚焦形成單列細(xì)胞（顆粒）流更是必不可少的重要步驟，其中水力聚焦是常用的實(shí)現(xiàn)流體聚焦的方式。
《Biofabrication》：可個(gè)性化定制的投影式光固化打印多材料水凝膠微流控芯片（2021）
該研究開發(fā)了一臺(tái)投影式光固化生物3D打印機(jī)，該打印機(jī)可以快速、一步地制作基于聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）和甲基丙烯酸酰化明膠（GelMA）的多材料復(fù)合水凝膠微流控芯片。該微流控芯片具有良好的機(jī)械性能和生物相容性，并且可以有效地促進(jìn)微組織血管化。
