微流控技術的案例
高通量表面張力限制液滴陣列微流控
隨著微流控技術的迅猛發展，微流控領域出現了眾多具有創新意義的新技術，如表面張力限制的液滴微流控技術。表面張力限制的液滴微流控技術在生物醫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與觀測。
傳統的液滴微流控技術多是基于復雜的三維立體通道結構的微流控芯片，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與傳統液滴微流控技術最大的不同點在于前者基于對表面張力的控制，從而實現對液滴的操控，如液滴的生成及運動，而后者是基于對三維微通道結構的設計，從而實現液滴的分裂、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域對液體的表面張力發生變化，產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節液滴產生過程中的各項參數，他們就能夠實現對液滴尺寸及形貌的調控，對需要精確定量的化學或生物反應而言是巨大的優勢。但就目前發展情況而言，這一技術仍存在一定的挑戰和困難——微小體量的液滴揮發速率極快，如何確保液滴體積的穩定性并利用液滴陣列進行材料的合成或細胞培養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的基片表面構建了親水圖案，當把水溶液（如熒光溶液、細胞培養液等）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，親水區域的水溶液會得到保留，而疏水區域會被油液所侵占，從而成功地制備出形狀規則、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 Rev.》綜述：微流控軟制造技術調控材料潤濕性
自上世紀90年代微流控技術誕生起，表面浸潤性便一直扮演著關鍵作用。例如，微通道的浸潤性決定了微液滴能否穩定生成，數字微流控技術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各種定向液體輸運和液滴傳輸等。然而，作為硬 幣的另一面，微流控技術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域的共同發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 發表題為“Microfluidics-Enabled Soft Manufacture of Materials with Tailorable Wettability” 的長篇綜述，系統回顧了利用微流控軟制造技術制備具有可控浸潤性材料的發展歷程。論文首先介紹了常見的浸潤現象和機理，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，最后提出了總結和展望。
“
微流控軟制造
微流控軟制造指以微流控技術產生的流體系統為模板進行材料的精確制備和性能調控，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 微流控芯片（轉載）
簡介
微流控芯片技術規模繼承的特點使得其對個體生物信息進行高速，并行采集和分析成為可能，是現 代生物科學的一個重要信息采集和處理平臺，為生命領域研究提供技術支撐和操作平臺。利用微流控芯 片規模集成、微尺度熱傳質效應、可控微流體、類仿生空間微結構等特點，目前微流控芯片技術已經在 生物基因工程、疾病診斷和藥物研究、細胞分析、生物分子間相互作用等領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，該技術也是生物微芯片技術（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計好的寡聚核苷酸或cDNA序列點陣，標記熒光探針進行核 酸雜交， 通過激光共聚焦掃描顯微鏡/CCD熒光顯微鏡等設備分析雜交熒光 信號，進而獲得核苷酸配對 序列信息。 基因芯片被廣泛應用于大規模的基因測序和基因診斷技術，讓我們能從基因層面上了解生命 活動現象。
B、疾病診斷和藥物研究 隨著微流控芯片技術的不斷發展，生物芯片技術不局限于高通量的點陣芯片， 漸漸發展成融合生物 樣本處理純化、反應標記及檢測等多個實驗步驟的功能化生物芯片，從而擴大在疾病診斷和藥物研究等 領域的應用
C、細胞分析 在生命科學領域里，對細胞組分形態變化和生命活動分析一直是研究 生命現象的重要方法。微流控 芯片類仿生空間微結構的特性為細胞培養， 單細胞捕捉等提供了非常良好的操作平臺，并使得集成化的 細胞研究成 為可能，諸如細胞進樣、培養、分選、裂解和分離檢測等過程可在一塊 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象的基礎，涉及各類小分子化合物、多肽、蛋白質、寡核苷酸 和寡聚糖直至類脂、噬菌體、病毒和細胞的生物體系研究。
展開 基于微流控芯片的組織合成
這種“基于微流控芯片的組織合成”系統為未來的基礎研究和生物醫藥應用提供了技術基礎和思路。
南工陳蘇教授團隊開發出微流控紡絲導向的碳量子點柔性穿戴器件
該微流控紡絲技術不僅可以大規模生產纖維，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，成功的實現了為眾多電子設備供能比如：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”結構的示意圖；b)微流控紡絲技術制備CDs/Graphene纖維示意圖；c) CDs/Graphene纖維超級電容器為電子設備供能示意圖。
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 南工陳蘇教授團隊開發基于微流控紡絲技術原位合成自愈合凝膠纖維及其自組裝構筑纖維織物
納米纖維或纖維微反應器近年來因其在組織工程，傳感器和可穿戴設備中具有重要的應用而受到廣泛關注。如何通過簡單的方式將一維（1D）纖維材料轉變成多維有序結構材料具有重要的研究和應用意義，亦是該領域挑戰性研究課題之一。目前，纖維編織（1D纖維轉變成多維纖維織物）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。
研究者通過分子設計，利用國內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）。微流體紡絲技術由于其簡單，高效，靈活的可控性和環境友好的化學過程為凝膠纖維和纖維微反應器的連續化構造提供了強大的平臺。基于主客體作用力，凝膠纖維表現出優異的自愈合性能。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，實現了多維纖維織物的簡單快速構筑（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 微流控——芯片內部冷卻
芯片制造商所需要的只是批量生產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。如果像臺積電這樣的晶圓代工廠能夠為他們的芯片提供內置的液體冷卻，那將改變采用的動態。Alissa說，這也將使該技術能夠進一步突破界限。“使用冷板，你可能會得到40°C（104°F）的水，但使用微流體，你可能會有80°C（176°F）或更高的水從這些芯片中流出，因為冷卻劑非常接近活動核心，”他說。“這顯然提高了效率和熱回收效益，同時降低了對流速的要求。”
03
微流控的未來
Alissa說，“微流體有兩種主要類型，在商業芯片中蝕刻通道：“去買芯片，進行蝕刻，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消費者之前進行蝕刻 - 因為不是每個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建 3D 結構”。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展。正如 Alissa 所說，“這有望帶來更多，但顯然，這是更多的工作。
Alissa有一個目標:“我們想要達到的目標是，通過將多個芯片堆疊在一起，并在兩者之間蝕刻(微通道)，我們能夠同時在冷卻和電氣方面共同優化芯片。”冷卻將允許多個組件“通過芯片通孔”（TCV）進行堆疊和連接，芯片通孔是穿過硅芯片的銅連接。這些塔式芯片可能需要更低的能量，并且工作速度更快，因為組件之間的距離更近：“總的來說，你在性能上得到了提升，你在冷卻上得到了提升，而且由于距離很近，所以延遲也得到了提升。還有另一個好處。如果微流控技術允許芯片達到更高的熱設計點（TDP），這可以消除硅設計人員目前面臨的障礙之一。
展開 微流控生物打印細胞組織結構仿真初探 ￥800
在這樣的背景下，生物打印作為一種有潛力制備仿生3D組織結構的新技術已經出現。生物打印可以根據需要實現多細胞結構的精確定位。數字化可調微流控3D生物打印是當今研究的一個熱點。
香港大學王立秋教授團隊AM：“剛柔并濟”仿生微纖維驅動器
近日，王立秋教授團隊通過將仿生學設計和微流控技術相結合，實現了 “剛柔并濟”的微型軟體驅動器。仿生設計原理結合了海參真皮和植物卷須的結構和功能特征，分別實現了“剛柔并濟”和可編程形變的獨立調控和協同設計，提高了軟體驅動器的整體性能。液滴微流控技術實現了微纖維型軟體驅動器的精確制備。
圖1. （a-c）仿生驅動器的設計靈感，分別結合了海參真皮（a）和植物卷須（b）的性能；（d）驅動器變形的示意圖；（e）微流控技術用于制備微型驅動器。（a）中海參照片作者為Fran?ois Michonneau，按照CC BY 3.0許可使用，（b）中植物卷須照片作者分別為W. Carter（上，CC0，維基共享資源）和Jon Sullivan（下，維基共享資源）。
該仿生軟體驅動器呈微纖維狀，內部嵌入有序排列的不對稱微顆粒條帶。微纖維由海藻酸鹽和硅藻土復合材料構成，海藻酸鹽對濕度變化進行響應，硅藻土用于增強海藻酸鹽水凝膠網絡。不對稱微顆粒材料為乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯（ETPTA），對濕度不響應。當環境濕度變化時，不對稱微顆粒兩側的微纖維產生不同程度的體積變化，從而發生形變。
驅動器在吸水和脫水狀態下呈現出極大的機械性能差異，其楊氏模量、最大應力、最大應變、剛度等性能變化程度高達20-850倍，實現了剛柔并濟的特性。因此，該驅動器可輸出優異的機械功，其做功的能量密度、驅動應變和驅動應力分別超過天然肌肉4倍、>2倍和>30倍，并實現了高達17000倍的舉重比（舉起的載荷與驅動器的質量比）。
圖2.
展開 太陽能光熱調控的策略及最新進展
在本綜述中，作者探討了光熱調節技術在太陽能加熱(如蒸發、催化、發電和執行器)、被動冷卻(如冷卻建筑物和紡織品、冷凝水和增強能源產生)以及智能紡織品和建筑的加熱/冷卻調節等方面的潛在前景。
圖5 光熱調控在環境和能源領域的應用。
06
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計、性能調控研究, 探索材料結構與功能間的映射關系，發展了一系列以微流控技術為代表的納微纖維新材料的設計與制備方法，如微流控紡絲技術、微流控靜電紡絲技術、微流控氣噴紡絲技術和微流控靜電3D打印技術。通過微流控技術與微流控芯片的集成及耦合，發展了獨特的紡絲化學方法，打破了傳統微流體紡絲純物理過程的局限性，引領了微流體紡絲技術的發展，為功能性微納纖維的宏量制備及過程調控研究提供了理論與技術支撐。基于微流體紡絲技術，陳蘇教授團隊構筑了一系列高性能光熱材料、生物醫用材料及功能性納米纖維織物，相關研究成果發表在Nat. commun.、Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.等國際期刊上。
近兩年相關代表性成果：
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.
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 納米片表現出原位生物礦化的內在特性，并改善體外細胞增殖和成骨分化。在體內移植后，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
/血管向內生長的有希望的候選者。
相關論文以題為
Microfluidic 3D Printing Responsive Scaffolds with Biomimetic Enrichment Channels for Bone Regeneration
發表在《
A
dvanced Functional Materials
》上。
【圖文解析】
團隊提出了一種微流控旋轉
3D 打印策略來制造黑磷 (BP) 結合纖維支架，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，從數十到數百微米。
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 
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定無缺陷的排斥各種液體而備受矚目，尤其是近年來開發出的可動態調節表面液滴運動狀態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域的應用。然而，盡管有著不錯的發展、進步，浸潤性可調控的超滑表面始終受限于接觸式的調控方法。此外，基于現有的方法想要獲得能夠靈活、可程序性構建液滴滑動路徑的超滑表面，是難以實現的。因此，如何構建一種能夠非接觸式操控液滴的、可程序化調控浸潤性的超滑多孔表面，對于微流體技術具有革命性的意義。
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構中灌注石蠟，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了材料表面粗糙與超滑屬性之間動態、可逆的轉換。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；而當光照關閉石蠟處于固態時，液滴則會固定在粗糙固體表面，從而實現了表面可逆的浸潤性調控。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，在生物醫學等領域具有重要應用價值。
相關結果發表在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旗下子刊上發表的第四篇論文。研究工作得到了國家優秀青年科學基金、國家自然科學基金NASF聯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 采用電解預刻蝕實現高界面結合強度的 鎳/鋼微流控芯片模芯
這種 pcb 板怎么用 comsol 建模呢
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
提出的傳感器的關鍵使能設計功能是異類傳感機制的組合：光學，微流體和壓阻傳感。通過實現簡單的閾值評估算法和基于人工神經網絡的機器學習技術，來表征變形模式的檢測和解耦性能。所提出的軟傳感器能夠估計八種不同的變形模式，其準確度高于95％。最后展示了所提出的傳感器作為人機界面方法的潛力，并列舉了幾個突出其多功能性的應用實例。
傳感結構設計
擬議中的傳感器的設計使用異類傳感機制，通過三種不同的傳感元件來檢測光強度和電阻的變化，這些傳感元件封裝在一個軟傳感器中，如圖1A所示：集成有LED和光電二極管的光波導，微流控通道，其填充有室溫離子液體（RTIL）和導電織物層。為了將所有元素集成到單個傳感器中，首先將一個裝有RTIL的圓柱狀流體通道定位在傳感器的中心，并與中性軸對齊。一個柔軟的硅樹脂外殼封裝了該通道，通道的兩端分別裝有一個LED和一個光電二極管（圖1A，頂部）。充滿液體的通道起著波導的作用，來自LED的光通過該通道傳播到光電二極管，并在變形時改變其電阻。在波導的表面上，導電織物附著到外殼的所有四個側面，這些側面彼此并聯電連接（圖1A，頂部）。最后，波導和導電織物層涂有黑色不透明的有機硅層，以防止來自環境光的光干擾，并物理保護導電織物層和波導（圖1A，底部）。最終原型的整個結構具有正方形橫截面，每邊10毫米，長度70毫米。波導的芯具有圓形橫截面，其直徑為2.5毫米，長度為66毫米，與其包層的長度相同。包層的橫截面為正方形，每邊的長度為6 mm。圖1（B到D）顯示了所建議傳感器的實際原型。
圖1所提出的多功能軟傳感器的設計和傳感機制。（A）軟傳感器設計，具有用于三個不同傳感元件的關鍵組件。（B）由彈性體包層和RTIL液芯組成的軟光波導。（C）層壓到波導上的導電織物層。（D）建議的軟傳感器的最終原型。
展開 技術流 | DfAM底層通用技術之微通道散熱設計
微通道換熱器，指的是水力直徑在10-1000μm的換熱器。按外形尺寸可分為：微型微通道換熱器和大尺度微通道換熱器。該技術所采用的結構緊湊、換熱效率高、質量輕、運行安全可靠，因此微通道換熱器技術近些年來越來越受到關注，在微電子、航空航天、醫療、化學生物工程、材料科學、高溫超導體的冷卻、薄膜沉積中的熱控制、強激光鏡的冷卻, 以及其他一些對換熱設備的尺寸和重量有特殊要求的場合中有重要的應用前景。
與普通換熱器相比, 微型換熱器的主要特點在
于單位體積內的換熱面積很大
。相應地, 其單位體積傳熱系數
高達幾十到幾百MW/( m 3 K)
, 比普通換熱器要
高1～2個數量級
。
圖1 微通道換熱器的應用
本文主要基于Ansys軟件對不同微通道換熱器的性能進行了相應的分析。
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