基于毛细作用的微流体芯片为解决样品交叉污染开辟新思路

摘要

针对液体在多种干燥固体试剂流动带来的交叉污染问题，Nature杂志Z近报道了一种巧妙的解决方案，该方法更简单、更廉价，综合考虑扩散、对流和毛细作用的因素，科研工作者设计一种微流体芯片，让液体首先沿着干燥固体试剂周围流动，之后在后端进行回流，这种溶解方式可以Zda限度的减少干燥固体试剂的分散，而且具有高度再现性。

背景

上世纪90年代，在生物和化学领域，基于微流体的液体操纵技术，凭借其更简单、更便捷、更快速的优势，展现出巨大的发展潜力。在宏观的流体流动中，基本是湍流或者混合的形式，而微流体中的流动是以层流为主，利用这种特性，可以在微通道中形成具有一定浓度梯度的流动，对于不互溶的流体，则可以可控产生一定大小的液滴。

微流体技术和液滴技术，对于生命科学领域来说，是一项重大突破，使得数字化检测成为可能，在不需要校准的情况下，就可以进行样品中特定基因的量化检测。目前，微流控技术在人体细胞图谱中的单细胞基因测序中有着重要应用，正在开辟一套全新的即时YL系统方案，让疾病诊断检测更接近床边。

但是，在大多数应用中，存在一个基本的问题，同一个样品进行多个生化反应，每个反应又需要不同的试剂，这些试剂一般是干燥并预埋在芯片微通道中，加入液体之后，由于分散作用，会出现交叉污染的情况，为了解决该问题，目前常用的方法是，首先将液体样品加入到试剂中，之后用不互溶的液体隔离不同类型的干燥试剂，或者用不同的腔室作为屏障，这些方法使得芯片的设计变得复杂起来。

基于毛细作用的微流体芯片

科研工作者用一种更简单的方式解决了该问题，在一条笔直的微通道中，用一个浅层屏障在长度方向上将微通道一分为二，干燥固体试剂预埋在下方的一半通道中。实验时，首先让液体样品充满上方的一半通道中，在遇到障碍之后，开始进入下方有预埋物的通道中，待下方微通道充满之后，预埋试剂释放，进入下一个实验步骤，这样得到的试剂溶液浓度均已并且不会有交叉污染。

原理

该种微流体芯片设计的关键是微通道中的浅层屏障，该屏障会在下方一半的通道中形成毛细作用。当液体流过干燥固体试剂位置时，不再是不可控制的溶解过程，通过控制干燥试剂的位置，借助于毛细作用，让试剂在液体中可控的扩散。

展望

通过微通道的毛细作用，在直线微通道中，可以预编程干燥试剂预埋位置点，为大规模的生化反应提供一种更简单的方式，而无需借助于物理隔离腔室、阀门、液封等手段，让微流控芯片制作更简单。该种芯片已经可以用比较廉价的方法来实现批量化的生产，让复杂的生化反应越来越靠近即时YL系统的患者。