5、微流控设备：原理、应用与未来展望

微流控设备：原理、应用与未来展望

1. 微流控技术简介

在 21 世纪，生命科学领域面临众多生物分子分析和检测的难题，而微流控技术或许是解决这些问题的关键。微流控技术诞生于 20 世纪 50 年代，是一个使用微米级通道的跨学科领域。根据 George Whitesides 的定义，微流控是处理或操控少量（10⁻⁹ 到 10⁻¹⁸ 升）流体的科学与技术，利用了数十到数百微米尺寸的通道。

微流控技术的发展彻底改变了化学、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和鲁棒性，使用高表面积与体积比的微通道，能够很好地处理液滴，改善质量和热传递，在优化过程中试剂消耗极少，具有快速分析、高灵敏度和良好便携性等优点。

微流控技术的历史可以追溯到 20 世纪中叶，Golay 和 Van Deemter 分别在气相色谱和液相色谱方面的研究，促使色谱柱直径和填料粒径减小，进而使毛细管电泳在生物分子分离中得到广泛应用。此后，众多科学家致力于开发微流控设备，用于流体输送、计量、混合以及分子的浓缩和分离。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，而重力在微流控设备中的影响可忽略不计。

微流控市场发展迅速，2017 年市场价值约为 25 亿美元，预计到 2022 年将大幅增长至 58 亿美元。该技术在药物发现、药物递送、生物医学工程和其他芯片实验室（LoC）应用中引发了一场复兴。微流控设备能够与各种设备集成在单个芯片上，为生物医学研究提供了更多机会。它还可以用于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，并且由于低反应体积和高传热传质速率，能够进行各种化学反应，且产率更高，反应条件更苛刻。

2. 微流