當(dāng)我開始追求成為一名生物醫(yī)學(xué)工程師時(shí)，我最終會(huì)想到的一件事就是微流控技術(shù)。加州大學(xué)Dr.Mad Madou的Bio-MEMS實(shí)驗(yàn)室擅長并專注于被稱為光盤或CD微流控的微流體特定領(lǐng)域。我在實(shí)驗(yàn)室中最美好的回憶之一就是在TedxTalks上觀看Madou博士的視頻，描述他如何將索尼Discman變成醫(yī)療診斷設(shè)備，我能想到的只有......“什么是Discman？”

CD微流控與離心機(jī)系統(tǒng)有些相關(guān)，其中CD微流控基于產(chǎn)生的離心力，因?yàn)?/span>微流控芯片通常使用馬達(dá)的中心軸旋轉(zhuǎn)。因此，不需要橫向流動(dòng)微流體中常見的大量泵和軟管。像西門子，三星這樣的公司，甚至是Theranos公司的都清楚表明CD微流控芯片構(gòu)成了微流控市場(chǎng)的一部分。最近的一份出版物估計(jì)，到2025年，北美微流控市場(chǎng)預(yù)計(jì)將達(dá)到約1.25億美元，年增長率為18。

醫(yī)療行業(yè)采用微流控技術(shù)，如護(hù)理（POC）診斷，免疫，基因分型和測(cè)序和基因芯片分析的實(shí)施推進(jìn)。如果你做一個(gè)快速搜索，你會(huì)發(fā)現(xiàn)各種利用離心微流控技術(shù)的公司都專注于POC診斷。CD微流控技術(shù)使相關(guān)設(shè)備和系統(tǒng)具有便攜性，低成本和易于使用的特點(diǎn); 使其成為POC診斷應(yīng)用的理想選擇。然而，還有一些問題阻礙了這項(xiàng)技術(shù)成為下一件大事。由于這些系統(tǒng)試圖完成開發(fā)完整微整體分析系統(tǒng)（μTAS）的關(guān)鍵要素，如整合多流體和分析步驟，樣品制備和其他支持技術(shù)，這些系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)的復(fù)雜性增加很大。

什么是索尼Discman CD微流體？

CD微流控使用離心，科里奧利和歐拉力相對(duì)于旋轉(zhuǎn)參照系來處理流體流動(dòng)。流體流動(dòng)背后的主要驅(qū)動(dòng)力是使流體從盤的中心徑向向外移動(dòng)的離心力。流體流動(dòng)的這種單向性是CD微流體的主要缺點(diǎn)之一。為了能夠以對(duì)醫(yī)療系統(tǒng)中必需的服務(wù)和設(shè)備至關(guān)重要的方式來控制和操縱流體流動(dòng)，已經(jīng)并且仍在進(jìn)行充分的研究。流體控制的包括閥門，泵送和混合; 所有這些對(duì)于測(cè)序不同的流體過程都很重要。然而，這些單向缺陷可能妨礙在商業(yè)產(chǎn)品中推廣。

圖1：示例五層光盤組件。層1,3和層5通常是硬塑料的。層2,4和雙面壓敏粘合劑（PSA）。

圖1所示的五層光盤組件強(qiáng)調(diào)了一些相關(guān)的困難。層1,3和5通常由硬塑料材料制成，而層2和4通常是雙面壓敏粘合劑（PSA）。設(shè)計(jì)中使用的通道和腔室占用不同的層數(shù)，以最大限度地提高工作面積，因?yàn)镃D微流體中存在小型實(shí)體。此外，隨著層數(shù)增加，這些圓盤的組裝中的復(fù)雜性顯著增加，因?yàn)槊繉颖仨氄_對(duì)準(zhǔn)并且必須確保層之間的足夠粘附以防止意外泄漏。通常情況下，在研究實(shí)驗(yàn)室中，磁盤是通過數(shù)控加工制造的，這可能導(dǎo)致周轉(zhuǎn)時(shí)間長并且成本高昂。理想情況下，在商業(yè)環(huán)境中，應(yīng)使用注塑技術(shù)制造CD微流體盤，以確保一致性，可重復(fù)性和每單位的低成本。然而，由于流體控制和操作以及制造技術(shù)的發(fā)展，CD微流控系統(tǒng)在潛在應(yīng)用方面已經(jīng)取得了巨大飛躍。例如，在2014年，羅伊等人。展示了一種全熱塑性整合式樣品到離心的微流體實(shí)驗(yàn)室在盤（LoD）系統(tǒng)，用于核酸分析。在完整的測(cè)定包括細(xì)胞裂解，聚合酶鏈反應(yīng)（PCR）擴(kuò)增，擴(kuò)增子的消化，并在塑料支持所有這些微陣列雜交中如圖2所示。Mishra等人提出的另一個(gè)例子。描述了來自全血的多分析物前列腺癌生物標(biāo)志物免疫測(cè)定組的自動(dòng)化。這兩種情況突出了CD微流體藥物作為醫(yī)療系統(tǒng)中現(xiàn)有技術(shù)的可行替代品的潛力。

圖2：Lab-on-Disc設(shè)備的顯示，顯示了四個(gè)平行測(cè)試以及各個(gè)組件，指示裂解，PCR擴(kuò)增，外切核酸酶反應(yīng)，微陣列雜交等功能。

展望和結(jié)論

隨著研究人員逐漸從對(duì)流體控制和操縱技術(shù)發(fā)展的重視轉(zhuǎn)向完整CD微流控系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)，最終將開發(fā)出更好的替代解決方案。微流控技術(shù)成為醫(yī)療行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)只是時(shí)間問題。雖然要優(yōu)化這些系統(tǒng)的商業(yè)化還有很多工作要做，但北美和全球微流控設(shè)備市場(chǎng)的增長將推動(dòng)研發(fā)工作將概念驗(yàn)證設(shè)備推向市場(chǎng)。CD微流體技術(shù)的未來挑戰(zhàn)包括電化學(xué)傳感器的整合以及能夠?qū)崿F(xiàn)完全自動(dòng)化的整個(gè)系統(tǒng)的開發(fā)。雖然與分析相關(guān)的成本通常在較大規(guī)模的系統(tǒng)中是昂貴的，由于微流體中使用的體積較小 集成電化學(xué)傳感器或光學(xué)傳感器可能會(huì)進(jìn)一步降低未來系統(tǒng)每次使用的成本。作為在這個(gè)領(lǐng)域幾乎沒有開始職業(yè)生涯的人，這是一個(gè)令人興奮和非常幸運(yùn)的機(jī)會(huì)，成為可能引發(fā)醫(yī)療行業(yè)革命的一部分。