4、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。微流控技术应运而生，它是一个使用微米级通道的跨学科领域。根据 George Whitesides 的定义，微流控是处理或操纵少量（10⁻⁹ 到 10⁻¹⁸ 升）流体的系统科学与技术。

微流控技术的发展革新了化学、生物学、分析生物化学、生物技术、组织工程和医学等多个领域。微流控设备具有高重现性、高表面体积比、能处理液滴、改善传质和传热、减少试剂消耗、快速分析、高灵敏度和良好便携性等优点。

微流控的历史可追溯到 20 世纪中叶，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，从而推动了毛细管电泳的发展。此后，众多科学家致力于开发微流控设备用于流体运输、计量、混合以及分子的浓缩和分离。

微流控领域发展迅速，2017 年市场价值约 25 亿美元，预计到 2022 年将增至 58 亿美元。它在药物发现、药物递送、生物医学工程和其他芯片实验室（LoC）应用中引发了变革。微流控设备能与多种设备集成，可生成具有良好尺寸控制和分布的微纳米颗粒，还能实现各种化学反应，且产率更高、条件更苛刻。

制备简单的微流控设备需要注射器泵或压力源、连接到设备的管道等工具。不过，许多专家因操作困难而不愿使用商业微流控设备，但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，有利于精确控制流体，实现对流混合和窄停留时间分布。自 20 世纪 90 年代以来，微流控在多个科学领域得到广泛应用，但也面临一些挑战。

微流控设备可在多种基板上制造，早期主要使