微流控的案例
基于微流控芯片的組織合成
(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).細菌纖維素傷口敷料在微流控芯片上的評估
(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傷口愈合中的應用
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)了近年來通過微流控芯片技術(shù)來合成組織的相關(guān)進展。
展開 微流控芯片（轉(zhuǎn)載）
該檢測對 激光光源及對外部條件如溫度、壓力和流速的控制要求很高，特殊光學檢測結(jié)構(gòu)的設(shè)計及光纖等的 應用使得微流控折射率檢測系統(tǒng)更接近于芯片實驗室的概念2 熱透鏡顯微檢測——可對單個細胞無創(chuàng)、實時檢測。
2 表面等離子激元共振檢測——可對界面上生物分子相互作用的無標記實時監(jiān)測，通過對生物反應過 程中表面等離子激元共振的動態(tài)變化監(jiān)測獲取生物分子相互作用的特異信號。檢測對象一般是具有 配體和受體特異性結(jié)合性質(zhì)的核算、蛋白質(zhì)、酶及抗體等生物分子，尤其適合對免疫反應的過程監(jiān) 測和定量分析，這對分子特異反應的實時監(jiān)測也用于細胞的檢測和傳感。
生物微流控系統(tǒng)平臺主要包括四大部分,用戶可根據(jù)研究目的需要而選擇合適的微流控部件，最后， 將各部件組裝在一起便構(gòu)成了一套微流控系統(tǒng)解決方案。
展開 Rev.》綜述：微流控軟制造技術(shù)調(diào)控材料潤濕性
自上世紀90年代微流控技術(shù)誕生起，表面浸潤性便一直扮演著關(guān)鍵作用。例如，微通道的浸潤性決定了微液滴能否穩(wěn)定生成，數(shù)字微流控技術(shù)利用電潤濕原理進行靈活的液滴操控，紙基微流控通過圖案化親疏水通道實現(xiàn)快速廉價的分析檢測，工程化表面浸潤性可在開放空間中實現(xiàn)各種定向液體輸運和液滴傳輸?shù)取Ｈ欢鳛橛?幣的另一面，微流控技術(shù)能否以及如何助力材料浸潤性研究仍然是個懸而未答的問題。回答這一問題對微流控和浸潤性領(lǐng)域的共同發(fā)展和交叉融合有深遠意義（圖1）。
圖1. 微流控和浸潤性相互促進
近日，香港城市大學朱平安助理教授和香港大學王立秋教授在Chemical Reviews 發(fā)表題為“Microfluidics-Enabled Soft Manufacture of Materials with Tailorable Wettability” 的長篇綜述，系統(tǒng)回顧了利用微流控軟制造技術(shù)制備具有可控浸潤性材料的發(fā)展歷程。論文首先介紹了常見的浸潤現(xiàn)象和機理，繼而介紹了微流控法工程化功能材料的一般過程，在此基礎(chǔ)上詳細闡述了具有可控浸潤性的微顆粒、微纖維、多孔表面的微流控制備與應用，最后提出了總結(jié)和展望。
“
微流控軟制造
微流控軟制造指以微流控技術(shù)產(chǎn)生的流體系統(tǒng)為模板進行材料的精確制備和性能調(diào)控，常見的流體模板包括液滴、氣泡、射流、乳液、液體泡沫等（圖2）。
展開 高通量表面張力限制液滴陣列微流控
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用，使用簡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的研究熱點之一。近日，上海大學的巫金波教授團隊通過表面親疏水的差異將微米級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，并利用液滴陣列進行單細胞的培養(yǎng)與觀測。
傳統(tǒng)的液滴微流控技術(shù)多是基于復雜的三維立體通道結(jié)構(gòu)的微流控芯片，制備工藝復雜、儀器精度要求高且價格昂貴。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)最大的不同點在于前者基于對表面張力的控制，從而實現(xiàn)對液滴的操控，如液滴的生成及運動，而后者是基于對三維微通道結(jié)構(gòu)的設(shè)計，從而實現(xiàn)液滴的分裂、運動及融合。相應地，基于表面張力的液滴微流控技術(shù)只需要對平臺表面進行選擇性的化學改性或者物理作用，使平臺表面的不同區(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)生過程中的各項參數(shù)，他們就能夠?qū)崿F(xiàn)對液滴尺寸及形貌的調(diào)控，對需要精確定量的化學或生物反應而言是巨大的優(yōu)勢。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行材料的合成或細胞培養(yǎng)仍需要進一步的探索。
上海大學的巫金波教授團隊在具有疏水性質(zhì)的基片表面構(gòu)建了親水圖案，當把水溶液（如熒光溶液、細胞培養(yǎng)液等）和油液依次分別添加到基片表面時，通過滑動玻璃蓋片的方法，親水區(qū)域的水溶液會得到保留，而疏水區(qū)域會被油液所侵占，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的油蓋水型液滴陣列。整個過程只需短短的5秒鐘便可制備出一萬多個體積為31皮升左右的液滴，液滴生成的通量達到3 kHz。
展開 
趙遠錦團隊《AFM》微流控 3D 打印黑磷/PNIPAM水凝膠支架用于骨再生
最近，復旦大學
商珞然青年研究員
/南京大學鼓樓醫(yī)院
趙遠錦教授
/中國科學院物理研究所
葉方富教授
科研團隊共同
提出了一種多功能的微流控
3D 打印策略，用于制造摻入黑磷 (BP) 的纖維支架和光熱響應通道，以改善血管化和骨再生。
熱通道支架顯示出由近紅外輻射控制的可逆收縮和膨脹行為，這有助于懸浮細胞滲透到支架通道中并促進血管前化。
此外，嵌入的 BP 納米片表現(xiàn)出原位生物礦化的內(nèi)在特性，并改善體外細胞增殖和成骨分化。在體內(nèi)移植后，這些通道還促進宿主血管深入支架并有效加速骨缺損的愈合過程。因此，相信這些近紅外響應通道支架
是各種組織工程應用中組織
/血管向內(nèi)生長的有希望的候選者。
相關(guān)論文以題為
Microfluidic 3D Printing Responsive Scaffolds with Biomimetic Enrichment Channels for Bone Regeneration
發(fā)表在《
A
dvanced Functional Materials
》上。
【圖文解析】
團隊提出了一種微流控旋轉(zhuǎn)
3D 打印策略來制造黑磷 (BP) 結(jié)合纖維支架，其具有理想的骨再生特征，如圖 1 所示。微流
控
處理微尺度通道中的單個或多個流體相，從數(shù)十到數(shù)百微米。
團隊采用同軸微流控打印策略來生成多通道中空含
BP 纖維并將它們打印到 3D 支架中以修復骨缺損（圖 1）。
圖
1
具有用于骨再生的仿生富集通道的微流控
3D打印響應支架的示意圖。
a) 模擬血管的含 BP 支架顯示出由 NIR 照射觸發(fā)的可逆收縮和腫脹行為，這可以促進細胞滲透到支架通道中。
展開 微流控——芯片內(nèi)部冷卻
“我們只在與每個晶體管接觸的晶圓的微小區(qū)域上有微通道，”他當時說。“這使得技術(shù)變得高效。”
Matioli 設(shè)法制造了耗電設(shè)備，例如不需要外部散熱器的 12kV AC-DC 整流器電路。微通道將流體直接輸送到熱點，并處理每平方厘米 1.7kW 的驚人功率密度。這相當于每平方米 17MW，是當今 GPU 熱通量的數(shù)倍。與此同時，通過在現(xiàn)有微處理器的背面創(chuàng)建微流體結(jié)構(gòu)，繼續(xù)將微流體添加到標準硅中。
2021 年，包括 Husam Alissa 在內(nèi)的 Microsoft 領(lǐng)導的團隊使用直接蝕刻在標準現(xiàn)成英特爾酷睿 i7-8700K CPU 背面的“微針”鰭片。“我們實際上采用了現(xiàn)成的臺式機級處理器，并移除了機箱，”他說。如果沒有散熱器蓋和熱界面材料（TIM），芯片的硅芯片就會暴露出來。“當那個芯片暴露出來時，我們應用蝕刻方法來雕刻出我們想要看到的通道，”他繼續(xù)說道。芯片的背面被選擇性地蝕刻到200微米的深度，留下100微米厚的棒的殘茬場圖案 - “微引腳”構(gòu)成了整體直接到芯片冷卻系統(tǒng)的基礎(chǔ)。
這是一項微妙的任務，Alissa警告說：“你必須考慮你蝕刻的深度，這樣你就不會影響硅的活性區(qū)域。最后，將CPU芯片的背面密封在3D打印歧管中，該歧管使冷卻液在微引腳之間流動。然后對芯片進行超頻以耗散 215W 的功率——是其熱設(shè)計功率 （TDP） 的兩倍多，該功率旨在安全處理而不會過熱。令人驚訝的是，該芯片僅使用室溫水就能夠達到這一水平。通過歧管輸送。該實驗表明，與傳統(tǒng)冷板相比，結(jié)點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。使用標準基準程序評估性能。
這是首次直接在標準消費類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現(xiàn)了最高的功率密度。
展開 南工陳蘇教授團隊開發(fā)出微流控紡絲導向的碳量子點柔性穿戴器件
該微流控紡絲技術(shù)不僅可以大規(guī)模生產(chǎn)纖維，還賦予纖維較高的柔性和可編織性，從而可將CDs/Graphene纖維狀電容器集成到柔性基底和織物中，成功的實現(xiàn)了為眾多電子設(shè)備供能比如：WLEDs、小型紅綠燈和智能手表（圖6）。
圖文導讀
圖1 CDs/Graphene纖維的制備及其應用示意圖
a) 碳量子點和石墨烯之間形成“Dot-Sheet”結(jié)構(gòu)的示意圖；b)微流控紡絲技術(shù)制備CDs/Graphene纖維示意圖；c) CDs/Graphene纖維超級電容器為電子設(shè)備供能示意圖。
圖2 CDs/Graphene纖維的制備、形貌和機械性能表征
a)微流體紡絲技術(shù)制備CDs/Graphene納米復合纖維的過程圖；b-d) CDs/Graphene纖維的電鏡圖；e) CDs/Graphene纖維的應力-應變曲線；f-g) CDs/Graphene纖維柔性編織和彎曲圖。
展開 微流控生物打印細胞組織結(jié)構(gòu)仿真初探 ￥800
數(shù)字化可調(diào)微流控3D生物打印是當今研究的一個熱點。
東南大學趙遠錦教授《Science》子刊：光控程序化浸潤性微流控芯片
其中，潤滑液灌注的超滑多孔表面由于能夠穩(wěn)定無缺陷的排斥各種液體而備受矚目，尤其是近年來開發(fā)出的可動態(tài)調(diào)節(jié)表面液滴運動狀態(tài)的浸潤性可控表面更是進一步拓寬了超滑多孔表面在各領(lǐng)域的應用。然而，盡管有著不錯的發(fā)展、進步，浸潤性可調(diào)控的超滑表面始終受限于接觸式的調(diào)控方法。此外，基于現(xiàn)有的方法想要獲得能夠靈活、可程序性構(gòu)建液滴滑動路徑的超滑表面，是難以實現(xiàn)的。因此，如何構(gòu)建一種能夠非接觸式操控液滴的、可程序化調(diào)控浸潤性的超滑多孔表面，對于微流體技術(shù)具有革命性的意義。
日前，東南大學趙遠錦教授課題組通過在三維石墨烯海綿多孔結(jié)構(gòu)中灌注石蠟，利用石墨烯的光熱響應性與石蠟的相變特性，近紅外光的照射下實現(xiàn)了材料表面粗糙與超滑屬性之間動態(tài)、可逆的轉(zhuǎn)換。該過程中，當石蠟被加熱至熔化時，液滴可以沿著超滑液體表面向下滑動；而當光照關(guān)閉石蠟處于固態(tài)時，液滴則會固定在粗糙固體表面，從而實現(xiàn)了表面可逆的浸潤性調(diào)控。值得一提的是，通過掩模板對光路的圖案化隔斷，能夠進一步構(gòu)建材料表面的液滴滑動路徑，而達到在材料表面對液滴進行精準的非接觸性操控的目的。這一設(shè)計具有良好的可重復性、快速響應性以及便捷而高效的可調(diào)控性，不僅可以應用于微孔板、微陣列精準加樣中，還可以作為血型篩查的微流控微反應器，在生物醫(yī)學等領(lǐng)域具有重要應用價值。
相關(guān)結(jié)果發(fā)表在Science Advances（2018, 4, eaat7392）上，這也是近一年以來，趙遠錦教授作為通訊作者在Science旗下子刊上發(fā)表的第四篇論文。研究工作得到了國家優(yōu)秀青年科學基金、國家自然科學基金NASF聯(lián)合基金重點支持項目等項目的資助。
來源：高分子科學前沿
展開 南工陳蘇教授團隊開發(fā)基于微流控紡絲技術(shù)原位合成自愈合凝膠纖維及其自組裝構(gòu)筑纖維織物
納米纖維或纖維微反應器近年來因其在組織工程，傳感器和可穿戴設(shè)備中具有重要的應用而受到廣泛關(guān)注。如何通過簡單的方式將一維（1D）纖維材料轉(zhuǎn)變成多維有序結(jié)構(gòu)材料具有重要的研究和應用意義，亦是該領(lǐng)域挑戰(zhàn)性研究課題之一。目前，纖維編織（1D纖維轉(zhuǎn)變成多維纖維織物）主要基于物理編織過程，基于纖維材料之間固有作用力的編織過程鮮少報道。
基此，南京工業(yè)大學材料化學工程國家重點實驗室、化工學院陳蘇教授團隊在國家自然科學基金重點基金的資助下，以微流控紡絲技術(shù)為手段原位合成了自愈合凝膠纖維，并利用原纖維間的自愈合作用力實現(xiàn)了1D纖維到多維織物的編織。該研究成果以“Microfluidic-DirectedHydrogel Fabrics Based on Interfibrillar Self-Healing Effects”為題發(fā)表在國際材料頂級期刊《Chemistry of Materials》（Qing Li, Zhi Xu,Xiafang Du, Xiangyun Du, Hengyang Cheng, Guan Wu, Cai-Feng Wang, Zhanfeng Cui,and Su Chen*, 2018, DOI: 10.1021/acs.chemmater.8b03579）上。
研究者通過分子設(shè)計，利用國內(nèi)南京捷納思微流體紡絲機原位合成了自愈合凝膠纖維（圖1、圖2、附圖）。微流體紡絲技術(shù)由于其簡單，高效，靈活的可控性和環(huán)境友好的化學過程為凝膠纖維和纖維微反應器的連續(xù)化構(gòu)造提供了強大的平臺。基于主客體作用力，凝膠纖維表現(xiàn)出優(yōu)異的自愈合性能。研究者巧妙地利用自愈合凝膠纖維作為組裝單元，借助原纖維間的固有的超分子作用力，實現(xiàn)了多維纖維織物的簡單快速構(gòu)筑（圖3），織物具有良好的柔性、可拉伸性能和較高的機械性能。
展開 國立首爾大學《科學·機器人》8種變形模式，95%精確度，微流控人機界面軟傳感器
投稿請加微信號：Poly_Sci，并注明單位姓名。
維也納理工大學用雙光子聚合3D打印技術(shù)制造器官芯片中的人工胎盤
研究論文“Fabrication of placental barrier structures within a microfluidic device utilizing two-photon polymerization/利用雙光子聚合在微流體裝置內(nèi)制造胎盤屏障結(jié)構(gòu)”，發(fā)表在International Journal of Bioprinting, 4,2 (2018)。
3D科學谷Review
近年來，微流控芯片技術(shù)在生命科學、醫(yī)學診斷、分析化學等領(lǐng)域得到了快速發(fā)展。目前，3D打印技術(shù)在微流控芯片制造中的應用雖處于早期階段，但在這一領(lǐng)域的應用也得到了快速發(fā)展。
上圖中列舉了微流控芯片制造中應用的主要3D打印技術(shù)。這些3D打印技術(shù)所具有的優(yōu)勢各不相同，因此每種技術(shù)適合制造的微流控芯片種類也有所差異。比如說FDM技術(shù)較適合制造精度要求不高的微流控芯片，而DLP、TPP等這種基于光聚合工藝的3D打印技術(shù)則更適合制造精度要求高的微流控芯片。另外，在實際應用時，還需要結(jié)合各種技術(shù)的設(shè)備成本、材料成本、打印效率以及后處理的成本與效率等因素，綜合考慮選擇哪種3D打印技術(shù)。
總體來說，傳統(tǒng)的微流控芯片制造技術(shù)屬于勞動密集型的產(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小時內(nèi)實現(xiàn)微型流體通道的快速制造，有利于設(shè)計的快速迭代，提高了基于微流控研究的跨學科性，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用尚處于早期階段，其應用以芯片研發(fā)、設(shè)計驗證為主。
展開 太陽能光熱調(diào)控的策略及最新進展
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作者信息
陳蘇教授團隊一直致力于微尺度下材料的精準設(shè)計、性能調(diào)控研究, 探索材料結(jié)構(gòu)與功能間的映射關(guān)系，發(fā)展了一系列以微流控技術(shù)為代表的納微纖維新材料的設(shè)計與制備方法，如微流控紡絲技術(shù)、微流控靜電紡絲技術(shù)、微流控氣噴紡絲技術(shù)和微流控靜電3D打印技術(shù)。通過微流控技術(shù)與微流控芯片的集成及耦合，發(fā)展了獨特的紡絲化學方法，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)，陳蘇教授團隊構(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. Ed.等國際期刊上。
近兩年相關(guān)代表性成果：
1.S. Chen et al. Adv. Mater. 2023, 2302326
2.S. Chen et al. Acc. Mater. Res. 2023, 4, 5, 403-415.
3.S. Chen et al. Adv. Sci. 2022, 9, 2201254
4.S. Chen et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202208592.
5.S. Chen et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202204371.
6.S. Chen et al. Adv. Funct. Mater. 2022, 32, 2110393.
7.S. Chen et al. Prog. Polym. Sci. 2022, 127, 101514.
8.S. Chen et al. Small 2023, 2301310.
9.S.
展開 材料科學中的模擬仿真，提升文章檔次！
三、微流控領(lǐng)域
微流控是一門涉及化學、流體力學、材料科學和生物醫(yī)學的新興交叉學科。微流控器件的設(shè)計過程中往往涉及到對多個物理過程的理解，包括流體在特定通道內(nèi)的流場分布、不混溶兩相流體的流動的控制、溶質(zhì)在微流控通道內(nèi)的輸運和擴散、以及流體在電場、光場或聲場這類外場作用下的響應。理解這些物理因素的相互作用是設(shè)計微流控器件的關(guān)鍵。所以在實驗上制備微流控器件之前，先通過理論上建模仿真優(yōu)化設(shè)計方案是提高科研效率的必要途徑。另外在論文中增添理論模擬的部分也能提升文章質(zhì)量，助力沖擊高檔次期刊。目前微流控領(lǐng)域以及液滴親疏水浸潤性方面幾個熱點研究方向我們都能通過有限元分析進行仿真模擬。
四、超材料領(lǐng)域
超材料就是通過人工構(gòu)造的周期性結(jié)構(gòu)使得材料具有實現(xiàn)通常狀態(tài)下材料不可能具有的屬性，例如負折射率、負磁導率等。同過超材料能實現(xiàn)光學隱身、全相位相片、超級透鏡等特殊的光學效果。在設(shè)計超材料的過程當中理論上的模擬計算當然是必不可少的，有限元方法則是模擬計算中最常用的數(shù)值計算方法。
五、光電器件
通過有限元方法我們可以模擬光子晶體、光波導，諧振腔，表面等離子體共振、光散射等等光電器件中常見的現(xiàn)象，幫助我們解決光電器件設(shè)計中的諸多問題。
來源：材料科學與工程
展開 Nature子刊：立體光固化新工藝顯著提升3D打印微流體分辨率與精度
微流體是指流體的行為、精確控制和操縱，這些流體在幾何上被限制在小尺度（通常為亞毫米），在該尺度上，表面力主導體積力。它是一個多學科領(lǐng)域，涉及工程、物理、化學、生物化學、納米技術(shù)和生物技術(shù)。它在處理少量流體以實現(xiàn)多路復用、自動化和高通量篩選的系統(tǒng)設(shè)計中具有實際應用。微流控設(shè)備已廣泛應用在化學合成、生物醫(yī)藥、環(huán)境監(jiān)測等多個領(lǐng)域。
3D打印作為制造微流控芯片的一種有前途的方法引起了微流控器件制造界的關(guān)注。許多研究表明，3D打印技術(shù)在制造復雜性結(jié)構(gòu)，規(guī)避復雜的模具制造流程和勞動密集型生產(chǎn)流程方面，比傳統(tǒng)的PDMS 材料微成型更具有優(yōu)勢。
目前，各種3D打印技術(shù)在制造微流控芯片器件時仍存在不同程度的挑戰(zhàn)以及優(yōu)化提升的空間。近日，南加州大學Yong Chen教授和其團隊成員Yang Xu博士，及Noah Malmstadt教授在3D打印微流體器件方面取得重要進展，并在自然-通訊上發(fā)表了題為“In-situ transfer vat photopolymerization for transparentmicrofluidic device fabrication”的學術(shù)論文。
研究團隊提出了一種立體光固化新工藝，顯著提升3D打印微流體分辨率與精度。
展開 