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NIST的简单微流控设备现在具有阀门

2019-11-24

  美国国家标准技术研究院(NIST)的研究人员在不断增加的由塑料薄膜和双面胶带制成的廉价,易于制造且高效的微流体装置中,增加了另一项创新-微型阀。

  传统上,微流控设备(用于医疗诊断,DNA取证和“芯片实验室”化学分析仪的带有流体输送通道的微型设备)是使用光刻技术像微芯片一样制造的。在硅衬底的顶部上创建了所需尺寸的微米级通道和端口,然后可以通过诸如模制或压花之类的技术对其进行多次复制。但是,该过程需要专门的洁净室设备,并且可能需要几天才能完成。

  如果系统中需要阀门,则传统上它们是由硅树脂制成的。不幸的是,有机硅不是用于特定实验室分析或制造芯片实验室结构的最佳材料。

  NIST的研究人员在过去的几年中一直在开发和完善一种使用塑料薄膜和双面胶带制造微流体设备的方法,这种方法可以在数小时而不是数天内生产出功能性设备,仅需简单的工具即可创建通道和端口。NIST设计允许折叠薄膜以制造多层或三维结构,可用于制造具有多种功能的设备,并且成本仅为传统制造技术的一小部分。

  但是直到现在,还没有一种实用的方法在这些设备中并入用于动态控制流体流动的阀。NIST生物工程师Gregory Cooksey和研究工程师Javier Atencia 在《芯片实验室》杂志上发表的一篇新论文中,描述了有史以来第一种将气动微型阀构建到由塑料薄膜和胶带制成的2-D和3-D微流体装置中的技术。

  像以前的NIST系统一样,**新的带阀微流控设备是分层构建的。窄缝和小孔被切成双面胶带,当双面胶带自身折叠时,这些双面胶带变成微小的通道和端口。微型阀是通过将柔性膜夹在两个相交的通道之间而制成的,一个通道在另一个通道的顶部。向顶部通道施加气压会将隔膜向下推,就像隔膜阀一样,关闭下部通道。

  Cooksey和Atencia已证明,他们的新型微阀也可以与NIST微流体系统的更复杂配置一起使用。这些设备包括具有可同时执行不同任务的不同设计的设备,具有不同流速的多层以及具有多个可折叠在一起以形成3-D形状的“微流体壁”的单个单元。在一项使用立方体形装置的试验中,研究人员在其中填充了琼脂并在其中生长了线虫(秀丽隐杆线虫)。他们利用内置在立方体壁上的微通道,端口和阀门,以受控的浓度注入化学物质,从而吸引或驱除蠕虫。这表明该立方体是用于研究生物在封闭环境中对化学刺激的反应的独特设置。

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