據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，數(shù)字微流控（Digital microfluidics, DMF）是一種強(qiáng)大的新興技術(shù)，它利用微升至納升范圍內(nèi)的液滴精準(zhǔn)操作來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)室分析。

數(shù)字微流控通常與其他分析工具結(jié)合使用，如質(zhì)譜、比色、電化學(xué)分析和電化學(xué)發(fā)光分析等。

通過(guò)在一系列步驟中以一系列層次組合并重復(fù)多次操作，得以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)程序。數(shù)字微流控的基本機(jī)制類(lèi)似于更傳統(tǒng)的方法，但是所涉及的液體體積要小得多，其流程也高度自動(dòng)化。

數(shù)字微流控技術(shù)中，微滴的生成和操作由電潤(rùn)濕、介電電泳和不混溶流體流動(dòng)三大原理支撐。

數(shù)字微流控技術(shù)的基本工作原理

數(shù)字微流控技術(shù)依賴于由液體表面張力引起的液滴生成。表面越疏水，液體滲透性越差。疏水性可以利用電場(chǎng)產(chǎn)生，該過(guò)程被稱為介質(zhì)上電濕潤(rùn)（Electrowetting on Dielectric, EWOD）。運(yùn)用電場(chǎng)產(chǎn)生液體表面的極性親水性，使液滴變平。控制極化位置以生成張力梯度，使受控液滴位移發(fā)生在微流控平臺(tái)表面。

數(shù)字微流控平臺(tái)的設(shè)置基于基板、電極及其配置，使用的電介質(zhì)及其厚度，疏水層和施加的電壓。各個(gè)電極在底層以陣列形式圖案化，連續(xù)電極則位于頂層。

介電材料（如玻璃）圍繞著底層電極，負(fù)責(zé)電荷和電場(chǎng)梯度的積累。頂層通常涂有疏水層，以在微滴接觸點(diǎn)處生成低表面能。

當(dāng)施加電壓時(shí)，電極被激活，導(dǎo)致表面液滴或多或少變得易被潤(rùn)濕。如果附近的電極被控制電壓激活而下層電極未激活，則液滴將移動(dòng)。因此可以通過(guò)沿著電極線的線性陣列電勢(shì)變化來(lái)操縱液滴。

數(shù)字微流控技術(shù)的最新進(jìn)展

由數(shù)字微流控技術(shù)引起的液滴3D運(yùn)動(dòng)允許微流控裝置同時(shí)執(zhí)行兩個(gè)不同的任務(wù)。通過(guò)使液滴可以進(jìn)入兩種環(huán)境，廣泛開(kāi)辟了生物學(xué)應(yīng)用。此外，芯片尺寸也得以減小，為平臺(tái)設(shè)計(jì)提供了更大的自由度。

另一種稱為全地形液滴驅(qū)動(dòng)的方法可以用于非傳統(tǒng)表面的液滴輸送，如彎曲、倒置或非水平形狀。

數(shù)字微流控技術(shù)的優(yōu)勢(shì)所在

數(shù)字微流控技術(shù)，也稱之為芯片實(shí)驗(yàn)室技術(shù)，在生命科學(xué)研究領(lǐng)域擁有眾多優(yōu)勢(shì)。包括其在便攜性方面的高潛力，以及（稀有或昂貴）試劑或樣品消耗量的顯著減少。

其他顯著優(yōu)勢(shì)包括數(shù)字微流控系統(tǒng)提供的高通量容量，以及因其尺寸小而不需要過(guò)多的功耗。

數(shù)字微流控技術(shù)的應(yīng)用

數(shù)字微流控裝置通常使用磁性顆粒、光學(xué)鑷子、液液萃取或流體動(dòng)力效應(yīng)，用于分離和提取所需分析物。

例如，液滴可以穿過(guò)數(shù)字微流控裝置上的電極陣列到磁性電極，其中的磁性顆粒被功能化，使它們可以與目標(biāo)分析物結(jié)合。

下一步，液滴在磁體上移動(dòng)，磁場(chǎng)消除，磁性顆粒得以懸浮在液滴中。然后磁場(chǎng)被恢復(fù)以固定顆粒，同時(shí)使液滴移動(dòng)。重復(fù)上述過(guò)程并伴隨洗滌和洗脫緩沖區(qū)以生成純分析物。

該步驟已經(jīng)使用抗人血清血蛋白抗體進(jìn)行試驗(yàn)，證明了數(shù)字微流控技術(shù)在免疫學(xué)方面的潛力。

由于數(shù)字微流控技術(shù)使用的樣品體積較小，對(duì)生物原理的提取通常較為困難。然而，數(shù)字微流控技術(shù)與宏觀流體系統(tǒng)的組合則可以繞過(guò)這一障礙。

數(shù)字微流控技術(shù)也已經(jīng)應(yīng)用于創(chuàng)建免疫測(cè)定裝置，在異質(zhì)免疫測(cè)定情況下，數(shù)字微流控技術(shù)通過(guò)自動(dòng)遞送、混合、培養(yǎng)和洗滌芯片上的分析物，極大地簡(jiǎn)化并擴(kuò)展了復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)程序。一些實(shí)例包括檢測(cè)人胰島素、肌鈣蛋白I、TSH（促甲狀腺激素）和17-β雌二醇。

此外，數(shù)字微流控技術(shù)可以與質(zhì)譜聯(lián)用以減少對(duì)溶劑和試劑的使用，同時(shí)降低分析所需時(shí)間。

其他領(lǐng)域的應(yīng)用包括核磁共振光譜學(xué)，小規(guī)模反應(yīng)化學(xué)合成以生成肽模擬物或PET示蹤劑，其需求量只有納克。數(shù)字微流控技術(shù)加快了實(shí)驗(yàn)流程并實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，同時(shí)又保留了傳統(tǒng)大規(guī)模合成90-95%的效率。