3. 微流控和通道系統(tǒng)

盡管微流控的概念由來已久，但直到1990年代，Manz等人才提出了一種在硅晶片上使用微流控來構(gòu)建微結(jié)構(gòu)的方法。研究在于將微流控的工藝尺度推進(jìn)到微納米級(jí)，真正意義上的微流控研究正是在這個(gè)尺度上開始的。研究人員隨后提出了光刻、圖案、蝕刻和3D打印方法，以實(shí)現(xiàn)微納級(jí)的微流控結(jié)構(gòu)層。另一方面，表面力在小尺度的固體和水溶液之間的相互作用中起著至關(guān)重要的作用，因?yàn)樗哂邢鄬?duì)較高的表面張力。在上一節(jié)中，微流控的描述基于開發(fā)、原理和工藝準(zhǔn)備。下一節(jié)將介紹兩個(gè)基本的微流體系統(tǒng)，以增強(qiáng)對(duì)微流體及其與潤濕性聯(lián)系的理解。

3.1. 封閉式門禁系統(tǒng)

微流體通過提出微納米級(jí)制造工藝實(shí)現(xiàn)封閉通道系統(tǒng)?，F(xiàn)階段，Chen等人提出了計(jì)算閉合分子計(jì)算方法，為微流控走向信息化提供了基礎(chǔ)理論。在此基礎(chǔ)上，Han等人提出了一種有源微流控系統(tǒng)封裝技術(shù)，該技術(shù)允許將多功能組件集成在單個(gè)基板上。實(shí)際上，該系統(tǒng)的本質(zhì)是基于基于潤濕性在封閉管道內(nèi)液滴的運(yùn)動(dòng)。在這個(gè)過程中，毛細(xì)管驅(qū)動(dòng)并不占主導(dǎo)地位。事實(shí)上，由于封閉系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)外部能量的直接高效遷移，從而實(shí)現(xiàn)液滴在管道控制的基礎(chǔ)上完成其目標(biāo)功。由于系統(tǒng)的特性，可以進(jìn)行精確的液滴控制，并且是目前CNC，基于微流體的自動(dòng)化的最佳選擇。根據(jù)系統(tǒng)的特點(diǎn)，可以進(jìn)行精確的液滴控制，并且是目前CNC，基于微流控的自動(dòng)化的最佳選擇。

圖 7.（a） 微流體的封閉式系統(tǒng)：測(cè)量系統(tǒng)、微流體陣列、MST和模擬。（b） 微流體的開放獲取系統(tǒng)：測(cè)量系統(tǒng)、細(xì)胞培養(yǎng)、3D結(jié)構(gòu)和組織培養(yǎng)（c） 比較兩個(gè)系統(tǒng)的樹狀圖。

除其他外，在這個(gè)階段實(shí)現(xiàn)了連續(xù)流動(dòng)微流控。連續(xù)流動(dòng)微流控是通過毛細(xì)管元件中的流動(dòng)流體控制穩(wěn)態(tài)流體流過狹窄通道或多孔介質(zhì)，這可以通過簡單地改變毛細(xì)管元件的橫截面幾何形狀來實(shí)現(xiàn)。在該系統(tǒng)中，液體流動(dòng)由外部壓力源、外部機(jī)械泵、集成機(jī)械微型泵或毛細(xì)管力和電氣機(jī)構(gòu)的組合驅(qū)動(dòng)。上述研究證明了連續(xù)流微流控的特點(diǎn)：生化應(yīng)用的簡單性和材料基材的通用性。綜上所述，連續(xù)流微流控操作是占主導(dǎo)地位的方法，并在實(shí)踐中應(yīng)用了一些結(jié)果。在微流控陣列中，Tahveldari等人報(bào)道了通過微閥調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)集成在微流控網(wǎng)絡(luò)中的納米孔陣列的電通道和流體通道（圖7）。該網(wǎng)絡(luò)允許使用各種流道，其中生物分子樣品可以使用獨(dú)立的納米孔進(jìn)行分析。隨后，Kamei等人報(bào)道了用于細(xì)胞篩選的微流控-納米纖維雜化陣列（圖8）。這種混合陣列具有集成微流控通道和納米纖維的組合平臺(tái)，可協(xié)同工作以實(shí)現(xiàn)細(xì)胞篩選。不久前，Mei等人報(bào)道了一種基于納米纖維的微流控系統(tǒng)，用于多種汗液分析和可穿戴性。隨著研究的進(jìn)展，微流控紡絲技術(shù)也被報(bào)道。Cui等人報(bào)道了通過微流控紡絲技術(shù)實(shí)現(xiàn)易于訪問的可穿戴設(shè)備（圖7）。該工藝環(huán)保、綠色，可進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。隨后，胡等人報(bào)道了通過微流控紡絲路線將結(jié)構(gòu)可調(diào)的氧化石墨烯纖維用于多功能紡織品（圖8）。此外，流體動(dòng)力學(xué)也被引入到工藝中，作為實(shí)現(xiàn)最佳結(jié)構(gòu)的一種方式。相比之下，最近關(guān)于封閉式系統(tǒng)微流控系統(tǒng)的研究主要集中在仿真上。雖然目前對(duì)封閉式系統(tǒng)微流控系統(tǒng)的研究主要集中在有機(jī)環(huán)境的模擬上，但Fu和他的同事報(bào)告了在復(fù)雜的微流控網(wǎng)絡(luò)中通過真空壓力加速運(yùn)動(dòng)（V-PAM）加速生物流體填充（圖7）。這項(xiàng)研究在集成微流體中實(shí)現(xiàn)了先進(jìn)的流體控制和運(yùn)輸，用于各種微流體診斷、器官芯片和仿生研究。此外，Chen和他的同事報(bào)道了可注射有機(jī)/無機(jī)微流控微球促進(jìn)骨修復(fù)的免疫學(xué)和生物信息學(xué)分析（圖8）。本研究系統(tǒng)揭示了材料植入后局部免疫反應(yīng)的早期變化以及影響晚期成骨的機(jī)制。

然而，微流控的進(jìn)步超越了封閉通道系統(tǒng)，因?yàn)檎w流量控制結(jié)構(gòu)帶來了固有的集成挑戰(zhàn)。流體參數(shù)沿流動(dòng)路徑變化，使任何給定點(diǎn)的流體流動(dòng)取決于系統(tǒng)的特性，從而降低了其對(duì)需要高靈活性的流體操作的適用性。為了克服這些技術(shù)缺陷，研究人員應(yīng)用了封閉式系統(tǒng)微流體的精確特性。例如，Strohmeier等人提出了一種基于封閉式系統(tǒng)微流控的離心式微流控平臺(tái)。該平臺(tái)利用一整套流體單元操作，如流體輸送、計(jì)量、混合和閥門控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化流體處理。此外，Ayuso等人提出了封閉式微流控系統(tǒng)在精準(zhǔn)醫(yī)療中的應(yīng)用，并討論了功能性微流控檢測(cè)作為治療預(yù)測(cè)因子的當(dāng)前和潛在未來作用。

3.2. 開放獲取系統(tǒng)

微流體的開放接入系統(tǒng)意味著至少去除系統(tǒng)的一個(gè)邊界，將流體暴露在空氣或其他界面中，以控制穩(wěn)態(tài)流體流過狹窄的通道或多孔介質(zhì)。由于與連續(xù)流微流體系統(tǒng)不同，微流體的開放式系統(tǒng)不需要保持密封，因此開放式微流體需要的封裝技術(shù)要少得多。它允許直接且相對(duì)簡單的開放式微流體制造。例如，Berry等人使用一種簡單的圖案化方法來制造水凝膠壁，以便能夠觀察微流體現(xiàn)象以進(jìn)行細(xì)胞信息交換（圖7）。在此基礎(chǔ)上，Berthier等人分析了開放的微流控毛細(xì)管系統(tǒng)。在這個(gè)系統(tǒng)中，流體在四面沒有物理壁的通道中受到毛細(xì)管力的操縱。典型的通道幾何形狀包括空腔、軌道或橫梁以及具有多個(gè)氣液界面的復(fù)雜系統(tǒng)。移除通道壁允許在通道中的任何位置移除和添加通道。因此，Lee等人報(bào)道了微流體系統(tǒng)模塊化光流體模塊的按需和開源原型設(shè)計(jì)。在本報(bào)告中，光流體模塊塊作為分立元件呈現(xiàn)，用于模塊化外圍光學(xué)和流體系統(tǒng)，并用于整個(gè)微流體系統(tǒng)的按需和開源原型設(shè)計(jì)。每個(gè)模塊化模塊都是通過將光學(xué)或流體設(shè)備嵌入到相應(yīng)的 3D 打印結(jié)構(gòu)中來創(chuàng)建的。

此外，該系統(tǒng)暴露于其他相界面有助于材料通過其液體表面張力而不是依賴外部驅(qū)動(dòng)力來啟動(dòng)微流體運(yùn)動(dòng)的能力。這一優(yōu)勢(shì)允許集成開放式微流體?；谶@一特性，Su等人報(bào)道了使用集成數(shù)字分子計(jì)數(shù)微流控孔板對(duì)稀有細(xì)胞進(jìn)行超靈敏的多參數(shù)表型分析（圖7）。與傳統(tǒng)方法相比，微流控平臺(tái)中的免疫傳感器可以高度準(zhǔn)確地檢測(cè)促炎細(xì)胞因子細(xì)胞分泌的小信號(hào)和中信號(hào)，以及單個(gè)細(xì)胞的精確計(jì)數(shù)和基于圖像的細(xì)胞計(jì)數(shù)。同樣，Day等人報(bào)道了注塑成型的開放式微流控板嵌件。這種使用生物相容性水凝膠的微流控插入物可用于用戶友好的共培養(yǎng)和顯微鏡檢查。更重要的是，它為原代細(xì)胞的培養(yǎng)和觀察提供了一種新的方法。Lecault等人報(bào)道了微流控細(xì)胞培養(yǎng)陣列中單個(gè)造血干細(xì)胞增殖的高通量分析（圖9）。實(shí)現(xiàn)高通量分析的能力有望為細(xì)胞群異質(zhì)性引起的技術(shù)挑戰(zhàn)提供解決方案。不僅開放存取的微流體系統(tǒng)也由于使用而驅(qū)動(dòng)了 3D 微流體，并允許自下而上的設(shè)計(jì)。隨著細(xì)胞培養(yǎng)和 3D 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展，研究人員試圖將二維細(xì)胞培養(yǎng)與 3D 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相結(jié)合，建議使用開放式微流體來實(shí)現(xiàn)組織培養(yǎng)。Zhang的團(tuán)隊(duì)提出了一種名為IFlowPlate的微流控平臺(tái)的制造方法（圖7）。該平臺(tái)能夠?qū)Χ噙_(dá) 128 個(gè)獨(dú)立灌注和血管化的結(jié)腸類器官進(jìn)行體外培養(yǎng)，血管化類器官芯片裝置的設(shè)計(jì)不需要任何外部泵送系統(tǒng)，并允許提取組織進(jìn)行下游分析。在此之后，Haun的團(tuán)隊(duì)使用微流控平臺(tái)加速組織加工成單細(xì)胞。這種方法大大加快了組織和原代培養(yǎng)模型的分子分析。Shafagh等人報(bào)道了一種微流控共培養(yǎng)芯片，該芯片可以識(shí)別人體代謝反應(yīng)的特征（圖9）。該芯片可識(shí)別糖尿病前期高血糖癥中的人體代謝反應(yīng)特征，允許不同 3D 原代人體組織培養(yǎng)物之間的整合和互通，并且通過微通道電阻器的特定配置連接到多個(gè)組織室的微流控單“合成心臟”氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)單元實(shí)現(xiàn)每個(gè)組織腔室的受控異源灌注。多個(gè)組織室。

圖 8.封閉系統(tǒng)微流控應(yīng)用。（a） 封閉系統(tǒng)微流控在微流控陣列中的應(yīng)用：具有納米陣列的裝置、構(gòu)建的中間體和分析結(jié)果（b） 閉系統(tǒng)微流控在MST中的應(yīng)用：MST的裝置、MST的過程和樣品的形貌（c） 封閉系統(tǒng)微流控在模擬中的應(yīng)用：模擬裝置及其過程

綜上所述，微流控與表面潤濕性之間聯(lián)系的基礎(chǔ)是基于封閉/開放通道系統(tǒng)的構(gòu)建，作為目前微流控實(shí)現(xiàn)的介質(zhì)，需要根據(jù)實(shí)際情況加以考慮以達(dá)到最佳效果（圖6）。封閉系統(tǒng)用于高精度微流控技術(shù)，如模擬、微尺度熱泳 （MST） 和微流控陣列，在這些技術(shù)中，需要受控和封閉的環(huán)境。另一方面，當(dāng)細(xì)胞培養(yǎng)、組織培養(yǎng)和 3D 結(jié)構(gòu)等應(yīng)用需要高度靈活性時(shí)，開放系統(tǒng)是首選。隨著微流體技術(shù)的不斷發(fā)展，開放和封閉系統(tǒng)之間的區(qū)別變得越來越不明確。微流控技術(shù)的未來趨勢(shì)是以并聯(lián)或串聯(lián)配置連接多個(gè)獨(dú)立的微流控系統(tǒng)。這種方法避免了在實(shí)際應(yīng)用中將系統(tǒng)嚴(yán)格分類為開放式或封閉式的必要性，因?yàn)樗梢愿鶕?jù)獨(dú)特的要求和功能進(jìn)行定制和鏈接。

圖 9.開放系統(tǒng)微流控應(yīng)用。（a） 封閉系統(tǒng)微流控在細(xì)胞培養(yǎng)中的應(yīng)用：細(xì)胞培養(yǎng)的裝置、裝置的中間值和細(xì)胞培養(yǎng)的結(jié)果（b） 封閉系統(tǒng)微流控在構(gòu)建三維結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用：構(gòu)建三維結(jié)構(gòu)和三維結(jié)構(gòu)的裝置（c） 封閉系統(tǒng)微流控在組織培養(yǎng)中的應(yīng)用：組織培養(yǎng)裝置和組織培養(yǎng)結(jié)果

四、微流控的主要應(yīng)用

微流體在生物學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的潛力是巨大的，這要?dú)w功于它能夠以極高的精度和速度操縱微量流體。微流體裝置在開放和封閉系統(tǒng)原理下運(yùn)行，正在催化當(dāng)代生化研究的范式轉(zhuǎn)變。這種轉(zhuǎn)變是顯而易見的，因?yàn)榧?xì)胞培養(yǎng)和藥理學(xué)創(chuàng)新領(lǐng)域從根本上取決于液固界面相互作用。因此，科學(xué)界正在逐步將微流體作為一種具有重大前景的工具。微流控技術(shù)與免疫測(cè)定的整合預(yù)示著生物標(biāo)志物檢測(cè)領(lǐng)域的變革性進(jìn)步。這種協(xié)同作用有助于加快檢測(cè)處理速度，最大限度地減少試劑體積，降低功耗，并擴(kuò)大集成和自動(dòng)化范圍，超越傳統(tǒng)方法的能力。本節(jié)旨在闡明微流體領(lǐng)域的前瞻性軌跡和新興趨勢(shì)，強(qiáng)調(diào)它們對(duì)診斷和生物學(xué)研究的未來的影響。微流控的前景充滿希望，預(yù)計(jì)連續(xù)的研究工作將在生物和醫(yī)學(xué)科學(xué)的一系列應(yīng)用中提高微流控設(shè)備的效率和功效。微流體技術(shù)的未來趨勢(shì)包括日益復(fù)雜的系統(tǒng)工程，在單一設(shè)備中融合多種功能，以及集成人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，以促進(jìn)實(shí)時(shí)分析和自主調(diào)節(jié)。這些進(jìn)步的進(jìn)步有望增強(qiáng)微流控技術(shù)的功能范圍，從而為該學(xué)科的突破性創(chuàng)新奠定基礎(chǔ)。本節(jié)將深入探討預(yù)期的趨勢(shì)，并探討它們?cè)谥厮芪⒘黧w未來方面的潛力。

4.1. 細(xì)胞分析和微生物學(xué)

微流控在生物學(xué)中的突出應(yīng)用是細(xì)胞培養(yǎng)。通常，細(xì)胞（例如真核細(xì)胞）的大小在10至100μm之間，細(xì)胞培養(yǎng)在液體中進(jìn)行，原則上屬于微流體的操作范圍（圖10a）。此外，微流控通道的大小非常適合細(xì)胞的物理大?。ù蠹s10μm），因此研究人員使用微流控技術(shù)來培養(yǎng)細(xì)胞。

圖10. （a） 微流控在細(xì)胞培養(yǎng)中的示意圖（b）在標(biāo)準(zhǔn)壓力驅(qū)動(dòng)的微流控系統(tǒng)裝置中進(jìn)行的反應(yīng)的示意圖比較：標(biāo)準(zhǔn)壓力驅(qū)動(dòng)的微流控系統(tǒng)裝置與微通道中由灰色“分隔器”水流隔開的層流。（c） 組織示意圖：切碎組織消化裝置、切碎消化裝置內(nèi)的組織以及組織的生長速度（d） 神經(jīng)組織示意圖：細(xì)胞培養(yǎng)過程、神經(jīng)組織的觀察和神經(jīng)測(cè)試的結(jié)果

首先，微流控細(xì)胞培養(yǎng)的一些主要優(yōu)點(diǎn)包括減少樣品量以及在同一設(shè)備中定制和研究多個(gè)微環(huán)境的靈活性。例如，在原代細(xì)胞等細(xì)胞較少且可以嚴(yán)格控制生長分裂次數(shù)的條件下，微流控技術(shù)比傳統(tǒng)技術(shù)具有相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)。作為回應(yīng)，Haun的團(tuán)隊(duì)提出了微流控平臺(tái)來加速組織處理。更重要的是，該平臺(tái)可用于分子分析和原代培養(yǎng)模型，從而實(shí)現(xiàn)減少消耗和提高器官組織利用率的目標(biāo)（圖10c）。Brandenberg等人提出了一種基于激光燒蝕的原位技術(shù)，用于在生物相容性凝膠中制造復(fù)雜的微流體網(wǎng)絡(luò)，而無需手動(dòng)操作。該方法與3D細(xì)胞培養(yǎng)完全兼容，為細(xì)胞生物學(xué)、發(fā)育生物學(xué)和基于干細(xì)胞的組織工程開辟了前所未有的機(jī)遇。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，合成生物學(xué)得到了廣泛的發(fā)展。

其次，微流控技術(shù)可以精確模擬生物體內(nèi)細(xì)胞的生長環(huán)境。如上所述，微流控系統(tǒng)內(nèi)存在層流現(xiàn)象，類似于生物體內(nèi)流體的運(yùn)動(dòng)，在這種環(huán)境中培養(yǎng)細(xì)胞有利于生長梯度的形成，對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生觸覺效果，這對(duì)于神經(jīng)元細(xì)胞的研究具有開創(chuàng)性。該方法能夠?qū)?/span> 2D 圖像信息轉(zhuǎn)換為先進(jìn)的體外模型，用于未來的患者分層和個(gè)性化藥物開發(fā)。

可以預(yù)見，微流控在細(xì)胞培養(yǎng)中的未來將進(jìn)一步進(jìn)入神經(jīng)元細(xì)胞培養(yǎng)，從2D細(xì)胞培養(yǎng)到3D器官組織培養(yǎng)。這將進(jìn)一步增強(qiáng)微流控在生物學(xué)研究中的作用。通過自動(dòng)化微流控實(shí)現(xiàn)高效的細(xì)胞培養(yǎng)現(xiàn)已成為現(xiàn)實(shí)。這表明未來的生物細(xì)胞學(xué)研究將使用微流控作為技術(shù)載體，以實(shí)現(xiàn)更大的突破。

4.2. 診斷和藥物遞送

微流控在醫(yī)學(xué)上最突出的應(yīng)用是藥物發(fā)現(xiàn)，目前主要基于高通量篩選和檢測(cè)。高通量篩選是一種同時(shí)評(píng)估生物活性的先進(jìn)技術(shù)，具有許多篩選通量和測(cè)試。與基于培養(yǎng)皿和實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的傳統(tǒng)藥物篩選方法相比，對(duì)于滿足微流控微觀、快速、靈敏特性的高通量篩選和檢測(cè)技術(shù)，微流控生物測(cè)定可以避免倫理問題。微流控的具體用途根據(jù)藥物研發(fā)的需要分為三種模式。

微流控的一個(gè)顯著應(yīng)用是開發(fā)用于藥物測(cè)試的單細(xì)胞微陣列。傳統(tǒng)的藥物測(cè)試方法通常涉及使用組織樣本，然后從組織中提取細(xì)胞進(jìn)行分析。然而，這種方法可能無法滿足藥物開發(fā)的需求。微流控系統(tǒng)為這一挑戰(zhàn)提供了解決方案。通過使用專為單細(xì)胞分析而設(shè)計(jì)的具有微觀特征的微流控芯片，這些芯片可以被動(dòng)捕獲單個(gè)細(xì)胞并分析它們對(duì)藥物的反應(yīng)。這允許批量測(cè)試和快速確定被測(cè)藥物的有效性。單細(xì)胞微陣列的優(yōu)點(diǎn)是它們可以更準(zhǔn)確、更詳細(xì)地了解單個(gè)細(xì)胞對(duì)藥物的反應(yīng)。這些信息在藥物開發(fā)中至關(guān)重要，因?yàn)樗梢詭椭芯咳藛T識(shí)別潛在的候選藥物并了解細(xì)胞水平的作用機(jī)制。事實(shí)上，在單細(xì)胞微陣列中使用微流控技術(shù)為藥物開發(fā)提供了強(qiáng)大的工具，能夠更高效、更精確地測(cè)試候選藥物。這有可能顯著推動(dòng)藥理學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展，并有助于開發(fā)更安全、更有效的藥物。例如，Dura等人報(bào)道了一種用于分析淋巴細(xì)胞相互作用的微流控平臺(tái)（圖11a）。該平臺(tái)可在規(guī)定的接觸時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)淋巴細(xì)胞的高通量確定性配對(duì)，從而在受控微環(huán)境中準(zhǔn)確評(píng)估每對(duì)淋巴細(xì)胞的早期激活事件。

圖 11.（a） 單細(xì)胞微陣列示意圖：器件、微觀形態(tài)和分析過程（b） 濃度梯度發(fā)生器微流控系統(tǒng)裝置的示意圖比較：裝置和分析過程（c） 3D器官芯片示意圖：設(shè)備和分析結(jié)果

第二，濃度梯度發(fā)生器。在藥物開發(fā)早期，藥物在受體中的濃度非常關(guān)鍵，測(cè)試對(duì)不同濃度藥物的毒性反應(yīng)非常困難。相比之下，微流控系統(tǒng)下層流的存在使得微流控芯片可以充當(dāng)濃度梯度發(fā)生器，通過精確控制細(xì)胞與藥物之間的距離，以及分支結(jié)構(gòu)的多步稀釋來實(shí)現(xiàn)梯度藥物濃度，以此來檢測(cè)合適的藥物濃度。例如，Tang等人報(bào)道了一種基于離心微流控的高度自動(dòng)化的線性濃度梯度發(fā)生器（圖11b）。該設(shè)備的操作基于多層微流體的使用，其中要混合的單個(gè)流體樣品在各自的層中存儲(chǔ)和計(jì)量，然后最終轉(zhuǎn)移到混合室以實(shí)現(xiàn)測(cè)量。

第三，3D器官芯片。藥物上市后監(jiān)測(cè)需要進(jìn)行體內(nèi)動(dòng)物研究，以獲得藥物的特定參數(shù)作為改善指標(biāo)。然而，體內(nèi)動(dòng)物試驗(yàn)既昂貴又有道德問題。由于加工技術(shù)的進(jìn)步，三維（3D）類器官有望在藥物藥理學(xué)研究中取代動(dòng)物。這為跟蹤藥物分布和毒性以預(yù)測(cè)體內(nèi)行為提供了一個(gè)平臺(tái)。Delon等人報(bào)道了實(shí)現(xiàn)器官模型培養(yǎng)的無泵和無管微流控技術(shù)（圖11c）。該技術(shù)使用親水線，通過在細(xì)胞培養(yǎng)室中的受控條件下持續(xù)蒸發(fā)來提供灌注細(xì)胞培養(yǎng)基的驅(qū)動(dòng)力。通過調(diào)整螺紋的長度和/或直徑，可以應(yīng)用明確定義和可調(diào)節(jié)的流速。

綜上所述，微流控大大加速了藥物開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了高效、經(jīng)濟(jì)的技術(shù)突破。未來的微流控技術(shù)極有可能將這三種模式整合在一起，從而實(shí)現(xiàn)一步到位的藥物發(fā)現(xiàn)方法，并實(shí)現(xiàn)研發(fā)目標(biāo)?，F(xiàn)在，藥物開發(fā)智能正在應(yīng)用于微流控。Prince等人報(bào)道了一種示意圖微流控平臺(tái)，用于生成在仿生水凝膠中生長的大陣列乳腺腫瘤球體，具有接近生理流動(dòng)。該癌癥球體微陣列模型用于研究藥物劑量和供應(yīng)率對(duì)乳腺腫瘤球體化學(xué)敏感性的影響，節(jié)省時(shí)間和精力。Pandya等人報(bào)道了一種用于在癌癥微環(huán)境中篩選藥物的3D微流控平臺(tái)，該平臺(tái)可用于在不到12小時(shí)的時(shí)間內(nèi)對(duì)化療藥物的成功進(jìn)行實(shí)時(shí)確定性分析。

在本節(jié)中，很好地介紹了微流控在細(xì)胞培養(yǎng)和藥物開發(fā)方面的成就。很明顯，有兩大趨勢(shì)推動(dòng)了微流體技術(shù)的發(fā)展：集成和編程。最初的趨勢(shì)是整合，越來越多的研究不僅關(guān)注微流體的能力，還關(guān)注其在現(xiàn)實(shí)世界中的應(yīng)用。根據(jù)這一概念，微流控被視為一個(gè)全面的技術(shù)中心，而不僅僅是一個(gè)芯片或一個(gè)平臺(tái)。涉及大量過程，包括測(cè)試、孵化和準(zhǔn)備。這種組合方法增強(qiáng)了微流體的整體功能，使其成為眾多應(yīng)用的重要儀器。隨著微流體在功能和結(jié)構(gòu)方面變得越來越復(fù)雜，集成編程不可避免地隨之而來。編程通過促進(jìn)藥物開發(fā)和細(xì)胞培養(yǎng)周期，在推進(jìn)生物學(xué)研究方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。這項(xiàng)技術(shù)使微流體領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展，可以更快、更精確地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。未來，微流控技術(shù)有望被廣泛采用，并顯著改變眾多領(lǐng)域?？傮w而言，集成和編程的融合正在推動(dòng)微流控技術(shù)能力的完全滲透和實(shí)現(xiàn)。這為未來帶來了巨大的潛力，微流體技術(shù)正在進(jìn)步和改變不同的研究和實(shí)施領(lǐng)域。

5. 結(jié)論與展望

微流體代表了一個(gè)專注于操縱雙相系統(tǒng)中微到亞納升尺度液滴的領(lǐng)域，其前提是微納米界面上復(fù)雜的固液相互作用。它包括在微小尺度上探索流體動(dòng)力學(xué)，例如層流的行為，以及潤濕性及其相關(guān)毛細(xì)管現(xiàn)象的檢查。微納表面研究的最新突破，包括微納結(jié)構(gòu)的精確制造、生物納米技術(shù)的集成以及制備技術(shù)的改進(jìn)，促進(jìn)了微流控器件在潤濕性驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)中的運(yùn)行，可在開放和封閉配置下使用。這些進(jìn)步在藥物合成和細(xì)胞培養(yǎng)領(lǐng)域產(chǎn)生了廣闊的應(yīng)用，一些創(chuàng)新已經(jīng)轉(zhuǎn)化為有形產(chǎn)品。這種從概念框架到實(shí)際實(shí)施的演變強(qiáng)調(diào)了潤濕性研究在微流體技術(shù)進(jìn)步中的關(guān)鍵作用。盡管取得了這些進(jìn)展，但微納領(lǐng)域內(nèi)小尺度流體動(dòng)力學(xué)的研究仍然是一個(gè)進(jìn)展有限的領(lǐng)域。在宏觀層面上持續(xù)存在的基本流體挑戰(zhàn)反映在微流體環(huán)境中，其中層流和液滴行為等現(xiàn)象主要通過經(jīng)驗(yàn)方法而不是計(jì)算建模進(jìn)行探索。這呈現(xiàn)出一種二分法：雖然微流控平臺(tái)是面向用戶的，但它們的制備工作錯(cuò)綜復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論模型之間存在明顯的差異。為了克服這一挑戰(zhàn)，微流控系統(tǒng)的發(fā)展軌跡有望從表面工程轉(zhuǎn)向全面的計(jì)算建模。這種轉(zhuǎn)變有望釋放微流體的全部潛力，彌合理論與實(shí)驗(yàn)的鴻溝。計(jì)算模型的結(jié)合將增強(qiáng)微流體的內(nèi)在價(jià)值，恢復(fù)潤濕性研究作為該領(lǐng)域的中心主題。

總之，這篇綜述首先討論了潤濕性的發(fā)展歷史及其與微流控的密切關(guān)系。然后介紹了微流控的基本概念，包括微流控系統(tǒng)中的基本毛細(xì)管現(xiàn)象以及層流和液滴現(xiàn)象。該綜述還涵蓋了微流控的實(shí)施方法，特別關(guān)注潤濕性在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和液滴操作中的作用。此外，該綜述還展示了微流體技術(shù)在醫(yī)學(xué)和生物學(xué)領(lǐng)域的精確應(yīng)用，說明了這一創(chuàng)新在這些領(lǐng)域的進(jìn)展和可能性。本綜述的目的是通過展示潤濕性和微流體的重要性和潛在影響，激發(fā)對(duì)潤濕性和微流體學(xué)的進(jìn)一步研究。本文將潤濕性的歷史發(fā)展與微流控的概念和應(yīng)用相結(jié)合，對(duì)該領(lǐng)域進(jìn)行了全面的概述，并為這兩個(gè)領(lǐng)域的研究人員提供了寶貴的資源。

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