Modular microfluidics for life sciences

“Modular microfluidics for life sciences”于2023年3月发表在Journal of Nanobiotechnology（IF=10.2，中科院工程1区TOP）。

微流控技术的进步已经促成了生命科学领域许多重要发现和技术的实现。然而，由于缺乏行业标准和可配置性，微流控器件的设计和制造需要高度熟练的技术专家。微流控器件的种类繁多，这给生物学家和化学家在实验室中应用该技术带来了挑战。模块化微流控系统将标准化的模块集成到一个整体复杂的平台中，从而为传统微流控系统提供了可配置的能力。

该综述概述了最新的模块化微流控系统研究成果，并对其未来发展进行了探讨。首先，综述介绍了基本微流控模块的工作原理，并评估了它们作为模块化微流控组件的可行性。其次，综述讨论了这些微流控模块之间的连接方法，并评估了它们的特点。随后，综述探讨了模块化微流控系统在生物领域的应用（见图1）。最后，综述讨论了模块化微流控系统所面临的挑战，并展望了其未来的发展前景。

图1 模块化微流控系统概述

微流控模块

在模块化微流控系统中，模块是具备完整功能的独立组件。这篇综述概括了主要功能模块的基本原理，包括微阀（参见图2）、微泵、微混合器、分离器、液滴生成器、梯度生成器、捕获器和细胞培养模块，并分析了它们作为模块化微流控系统组件的可行性。

图2 不同微阀的示意图：（a）热气动微型阀；（b）静电式微阀；（c）压电式微阀；（d）电磁式微阀；（e）水凝胶微阀；（f）止回阀

微流控模块的连接方式

  为了构建一个完整的微流控系统，需要将每个单独的微流控模块连接起来。模块之间的连接必须能够有效防止液体泄漏，并确保整个系统的平稳运行。迄今为止，微流控模块的连接方法包括LEGO?连接、管道连接、鲁尔连接、O形环/垫圈连接、等离子连接和粘附连接（见图3）。该综述对这些不同连接方法的重复性、连接强度、制造复杂性、组装复杂性以及生物相容性进行了评估（见图4）。

图3 不同连接方式示意图：（a）LEGO?连接；（b）管道连接；（c）鲁尔连接；（d）O形圈/垫圈连接；（e）等离子体连接；（f）粘附连接

图4 不同连接方法的重复性、连接强度、制造复杂性、组装复杂性和生物相容性的比较

模块化微流控系统在生物领域的应用

微流控器件由于其试剂消耗量小、表面积大、体积小等优点而被用于生物医学研究。模块化微流控技术进一步降低了微流控的使用门槛，并为没有微流控专业知识的终端用户提供了灵活和可定制的系统。因此，该综述详细介绍了模块化微流控技术在生命科学中的一些典型应用，包括癌症细胞分离、聚合酶链反应（PCR）、器官芯片、生物标记物研究和颗粒合成。微流控模块的连接方式

论文链接：https://doi.org/10.1186/s12951-023-01846-x

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微流控技术集大成者