數學變換使用的插圖，首先用在棋盤圖像上，然后用在微流控多極上

據麥姆斯咨詢報道，蒙特利爾工學院（Polytechnique Montréal）的教授Thomas Gervais和他的學生Pierre-Alexandre Goyette和étienne Boulais，與麥吉爾大學（McGill University）David Juncker教授領導的團隊合作開發了一種新型微流控工藝，旨在通過抗體自動檢測蛋白質。這項發表在《自然通訊》（Nature Communications）上的工作，指出了新型便攜式儀器的出現，加速了生物實驗室的篩選過程和分子分析，以加快癌癥生物學的研究。

從傳統微流控到開放式微流控

微流控指微尺度裝置中的流體操縱。通常被稱為“芯片實驗室”，微流控系統被用于研究和分析非常小規模的化學或生物樣品，取代用于傳統生物分析的極其昂貴且繁瑣的儀器。麻省理工技術評論在2001年將其列入“10大改變世界的新興技術”，微流控技術被認為是生物學和化學領域的革命，就像微處理器之于電子和IT市場，微流控技術適用于更大的市場。

如今，這個仍然年輕的學科，在2000年代以微通道網絡組成的封閉系統開始起飛，蒙特利爾工學院和麥吉爾大學研究人員的發現正在革新這項技術，加強了開放空間微流控技術的理論和實驗基礎。

這種消除通道的微流控技術與用于特定類型分析的傳統微流控技術相比更具競爭優勢。實際上，閉合通道微流控裝置的經典配置存在若干缺點：通道橫截面的規模增加了細胞在培養時所經受的壓力，它們與細胞培養標準和培養皿不兼容，使得該行業很難采用傳統微流控技術。

蒙特利爾工學院和麥吉爾大學研究人員探索出來的新方法基于微流控多極（microfluidic multipoles, MFMs），這是一種通過非常小表面上相對的微開口同步流體抽吸的系統，該表面被放置在厚度小于1毫米的有限空間內。Gervais教授表示，“當它們彼此接觸時，這些流體噴射形成的圖案可以通過化學試劑染色被看到。我們希望在開發可靠的微流控多極建模方法的同時，能夠理解這些圖案。”

優雅的視覺對稱讓人聯想到藝術家M. C. Escher的作品

為了理解這些圖案，Gervais教授的團隊必須為開放的多極流開發一種新的數學模型。該模型基于被稱為共形映射的經典數學分支，通過將其簡化為更簡單的幾何圖形來解決與復雜幾何圖形相關的問題（反之亦然）。

博士生étienne Boulais首先開發出一款在多流體偶極子中研究微噴射碰撞（只有兩個開口的微流控多極）的模型，然后，依靠這個數學理論，推測擁有多個開口的微流控多極模型。他解釋道，“我們可以用象棋游戲進行類比，這其中有4名玩家的版本，然后是6名玩家或8名玩家，在保持相同游戲規則的同時應用空間變形技術。”

這位對視覺藝術充滿熱情的年輕研究員補充道，“當進行共形映射時，由流體噴射碰撞產生的圖案形成對稱圖像，使人聯想到荷蘭藝術繪畫家M.C. Escher，但是遠超其美學吸引力，我們的模型允許我們描述分子在流體中移動的速度及其濃度。我們為最多12個極點的所有可能系統配置定義了有效規則，以生成各種流體和擴散模式。”

因此，該方法是一套完整的工具集，不僅可以模制并解釋微流控多極中出現的現象，還可以探索新的配置。歸功于這種方法，現在可以實現自動化開放式微流控測試，在此之前，對這種測試的探索只能通過反復試驗。

使用3D打印制造該裝置

微流控多極裝置的設計和制造由Pierre-Alexandre Goyette完成。該裝置是一種由樹脂制成的小型探頭，采用低成本3D打印工藝，并將其連接到泵和噴射器系統。

生物醫學工程專業的博士生指出，“Juncker教授團隊用固定在表面上的抗體檢測蛋白質方面的專業知識，對于該項目的生物學研究具有重要意義。通過分析獲得的結果驗證了我的同事étienne所開發模型的準確性。”

該裝置允許同時使用多種試劑檢測同一樣品中的各種分子，為生物學家節省了寶貴的時間。針對特定類型的測試，分析時間可以從幾天減少到幾小時，甚至是幾分鐘。此外，該技術的多功能性使其適用于多種分析過程，包括免疫學和DNA測試。

朝著微流控顯示器發展？

Gervais教授的團隊已經在考慮其項目的下一步發展計劃：開發一款能夠顯示化學成像的屏幕。

Gervais教授解釋道，“它將成為液晶顯示器的一種化學等價物，就像我們在屏幕上移動電子一樣，我們會發送各種濃度的流體噴射，這些流體會與表面發生反應。它們將共同形成一個圖像。能夠推進這個項目令我們感到很高興，同時我們也已經獲得了一項臨時專利申請。”

重新制定診斷程序和醫療后續行動

目前，該研究團隊開發的技術主要針對基礎研究市場。Gervais教授指出，“我們的工藝可以同時將細胞暴露于多種試劑，能夠幫助生物學家大規模研究蛋白質和試劑之間的相互作用，增加分析過程中獲得的信息數量和質量。”

他隨后解釋道，制藥市場也將受益于這一發現所帶來的自動化篩選系統新方法。最后，它通過促進患者細胞培養和各種藥物實驗來確定哪些藥物對患者最有效，從而為藥物開發開辟了一條新途徑。