1、微流控设备的生物医学应用概述

微流控设备的生物医学应用概述

1. 引言

在21世纪，分析和检测各种生物分子的新方法发展，有望解决生命科学中的一些难题。微流控技术便是这样一种创新技术，它处理和操控微小体积（10⁻⁹到10⁻¹⁸升）的流体，利用几十到几百微米尺寸的通道，在化学、生物学、生物化学分析、生物技术、组织工程和医学等领域引发了变革。

微流控设备具有高重现性和鲁棒性，使用高表面积与体积比的微通道，能很好地处理液滴，改善质量和热传递，优化过程中试剂消耗极少，还具备快速分析、高灵敏度和良好的便携性等优点。其市场价值在2017年约为25亿美元，预计到2022年将大幅增长至58亿美元。

微流控技术的历史可追溯到20世纪中叶，当时Golay和Van Deemter分别在气相色谱和液相色谱研究中，发现减小柱子直径和填料粒径可提高性能，促使毛细管电泳用于生物分子分离。此后，科学家们致力于开发用于流体传输、计量、混合以及分子浓缩和分离的微流控设备。

与传统设备不同，微流控技术更关注流体的粘度、表面张力和扩散。表面张力在微流控中用于被动泵送流体、形成用户定义的图案表面以及过滤不需要的产物，而重力在微流控设备中可忽略不计。

微流控设备可与多种设备集成，为生物医学研究提供了更多机会。它能生成具有良好尺寸控制、组成、形态和尺寸分布的微纳米颗粒，低反应体积与高传热传质速率相结合，使各种化学反应能在更苛刻条件下以更高产率进行。

制备简单的功能性微流控设备需要注射器泵或压力源以及连接到设备的管道，还可连接其他组件使其更复杂。不过，许多专家因操作困难而不愿使用商业微流控设备，尽管一些分析实验室设备已采用微流控组件。

微流控流动呈现层流，有利于对流混合和精确的流