微流控芯片接口發(fā)展歷程
自上世紀(jì) 90 年代至今,起源于微機電系統(tǒng)的微流控技術(shù)在化學(xué)分析、生物醫(yī)學(xué)、石油化工等領(lǐng)域得到了快速發(fā)展。微流控技術(shù)一般指的是在幾十到幾百微米的微結(jié)構(gòu)中,操控或處理微量流體的技術(shù),是一門新興的交叉學(xué)科,涉及到機械工程、流體力學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、材料學(xué)等不同學(xué)科。微流控芯片作為檢測工具具有檢測精度高、檢測敏感度高、分析周期短、試劑用量少、檢測費用低、分析設(shè)備小、功能集成化高、可視性好等特征,在體外診斷、藥物篩選、器官芯片、細(xì)胞操控、食品安全檢測、三次采油等領(lǐng)域得到了較為廣泛的應(yīng)用。
目前,由于微流控芯片基體材料的選擇范圍越來越寬,相應(yīng)的微加工方法也層出不窮,如光刻、3D 打印、微銑削、激光燒蝕和注塑等,不同材質(zhì)和微加工方法制備的微流控芯片對微流控芯片接口(chip-to-world connector)的通用化提出了挑戰(zhàn)。本文所討論的微流控芯片接口是指微流控芯片與外部設(shè)備(泵、傳感器、預(yù)處理和分析設(shè)備)連接實現(xiàn)流體輸運功能的連接接口(通常具有特定物理結(jié)構(gòu))。從現(xiàn)有微流控芯片的應(yīng)用要求來看,微流控芯片接口須滿足以下幾個要求:易于制造、易于使用、死體積(dead volume)?。ㄋ荔w積指芯片內(nèi)從進(jìn)樣口到出樣口之間所有空間內(nèi),正常流體流動掃不到體積,如圖 1 中 A 區(qū)域所示),此外,還需滿足可靠性和通用性高等要求。
在微流控芯片的早期應(yīng)用中,微流控芯片的流體進(jìn)出接口通過膠粘劑與橡膠或硅膠軟管直接相連,伴隨著輸入輸出接口的增多和頻繁插拔的需求,傳統(tǒng)膠粘的連接方法使實驗過程變得更為復(fù)雜,增加了諸多不可控因素,增加了實驗失敗風(fēng)險。伴隨微流控技術(shù)的發(fā)展,除膠粘方法外,還逐步出現(xiàn)了自鎖連接、螺紋連接或上述連接技術(shù)的組合方法,最近幾年3D 打印技術(shù)也被用于微流控芯片接口的制造。為了解決多路輸入輸出和頻繁插拔的問題,研究者還提出了連接器系統(tǒng)(connector system)的概念(連接器系統(tǒng)指外界設(shè)備與微流控芯片連接的多輸入輸出的即插即用接口)。
自微流控技術(shù)出現(xiàn)起來,微流體相關(guān)行業(yè)就從未停止對于微流控芯片接口標(biāo)準(zhǔn)化的討論。
早在 2004 年,Gartner 等建議將微流控芯片與生命科學(xué)常見實驗室設(shè)備的接口進(jìn)行統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化,即讓微流控芯片遵循生命科學(xué)/分析化學(xué)實驗室設(shè)備的接口標(biāo)準(zhǔn)。2014 年,為使微流控芯片的制造技術(shù)達(dá)到與電子設(shè)備同等成熟的工業(yè)化水平,多個公司聯(lián)合啟動了 ENIAC 聯(lián)合項目,此項目中《微流體側(cè)連接設(shè)計指南》和《微流體包裝指南:電氣連接》2 份文件
闡述了微流控芯片中流體連接和電氣連接的方法,需要說明的是,這 2 份文件雖然提出了微流體設(shè)備和微流控芯片接口標(biāo)準(zhǔn)化的倡議,但是沒有提出微流控芯片接口標(biāo)準(zhǔn)化的具體實施方案,也未投入實際應(yīng)用。
標(biāo)簽:   微流控 微流控芯片