MIT
麻省理工学院(MIT)研究出了可程式化液滴(Programmable Droplets)技术,透过控制电压让化学溶液或是生物溶液在电路板上滑动,用于同时进行数千种混合方式的反应测试。麻省理工学院媒体实验室的研究员Udayan Umapath表示,这种数位微流体技术可以大幅降低工业生物学中的实验程序成本。
Udayan Umapath提到,生物学各方面走向越来越复杂程序,生物学家需要更高阶的技术,来控制这些更小的液滴。传统用马达、阀门以及细管组合成的系统开始不符合实际需求。他表示,当需要100组测试管道,人工可能需要花费一星期来组装这些系统,但当实验需要到100万组测试管道,光靠人工是完全没办法的。
Udayan Umapath表示,可程式化液滴系统是目前生物研究中微流体系统的替代品,现行方式会将生物溶液透过阀门细管泵送,而他们的可程式化液滴,将能以数位计算的方式,自动最佳化液滴混合的路径以及过程,能提供更高效、更经济且更大规模的实验。
在他们的系统中,成千上万待混合的溶液滴会落在他们的电路板表面,透过调整电压,系统便能自动移动这些液滴,进行混合实验。生物学家可以指定实验的要求,像是A试剂要与B试剂以定量混合,接着再与c试剂混合,系统会自动计算出这些液滴移动的路径,以及混合的地方,而完全不需要实验人员的额外介入。
当然这样的概念也不是麻省理工学院最先想到,过去十年就不停地有团队开发出类似系统,但是皆无法更靠近商业化的阶段,Udayan Umapath表示,其他团队的芯片需要使用在无尘室进行的高阶蚀刻技术制造,这个制程使得成本高居不下。
Udayan Umapath和他的团队首要任务便是降低成本,他们的雏型装置使用印刷电路板,这种只在塑胶板上布设铜线的的电子设备相对来说便宜的多。不过,他们的挑战主要是开发能减少液滴与表面摩擦,易于滑动的电路板表面涂层,这个涂层同时要防止化学或是生物溶液分子沾黏在涂层上,避免污染往后的实验。
他们为电路板涂上一层高度只有一微米的疏水性球型材料,液滴看起来在电路板上移动,实则是在这些小球体的顶部滑动。由于这层材料是疏水性的,因此液滴在上面会呈现球状,而电路板上的充电电极能将球形液滴拉平,接着逐渐关闭该电极再开启旁边的电极,疏水材质便能将液滴推向带电电极,藉以移动液滴。
Udayan Umapath提到,他们的数位微流体技术能极大幅的降低工业生物学的实验程序成本,制药公司将能更频繁的进行实验,他们估计,对于制药厂开发新药来说,新方法将能减少100倍的液滴操作次数,不只降低成本,也更能支援小批量制药的趋势。
MIT可程式化液滴技术说明影片:
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