如今的实验室实验往往会造成浪费。例如，为了进行诊断检测，人们会在反应容器中混合液体，而这项任务实际上只需要几纳升液体。通过微型化，可以在减少材料消耗的同时提高处理通量。当尝试将整个实验压缩到芯片大小，也就是所谓的“芯片实验室”时，一个关键问题是：如何以受控的方式移动、合并和检测微量液体或单个细胞？ 当尝试将整个实验压缩到芯片大小，也就是所谓的“芯片实验室”时，一个关键问题是：如何以受控的方式移动、合并和检测微量液体或单个细胞？
机械系统研究所的博士生 Ivo Leibacher 和 Peter Reichert 在 ETH 教授 Jürg Dual 的指导下开发了一套移动微小液滴的系统。该概念基于声泳技术，利用超声驻波，使水性液滴在硅玻璃芯片上穿过油载液移动。液滴直径为 50 至 250 微米，既不会与载液混合，也不会蒸发。Leibacher 解释说：“在这一尺度上，液滴非常稳定，因为表面张力使它们聚合在一起。”
在这块小芯片上，研究人员借助超声波移动液滴。（照片：Ivo Leibacher / ETH Zürich）
朝向波节
施加超声驻波后，液滴会移动到波节处。这意味着研究人员可以将两种不同的液滴分别置于通道两侧，以受控方式使它们合并。另一方面，改变频率，则可以通过例如光信号引导目标液滴进入分支通道。以这种方式将液滴分离后，实验结束时即可对它们进行分拣和分析。
Reichert 说：“我们的技术优势之一是具有很高的生物相容性和多功能性。”此前，研究人员在微观尺度操控单个细胞的方法曾导致细胞受损。该方法既可用于细胞，也可用于 DNA、试剂和化学品。
Leibacher 说：“我们希望这项技术能成为实验室设备的重要组成部分，使研究人员能够以极少的消耗开展高通量实验。”研究人员已为该方法提交专利申请；相关研究最近发表于 《Lab on a Chip》 期刊。
文献引用
Leibacher, I., Reichert, P., & Dual, J. (2015). Microfluidic droplet handling by bulk acoustic wave (BAW) acoustophoresis. Lab on a Chip, DOI: 10.1039/C5LC00083A
本文与 ETH Zurich合作发布。本文的发布并不意味着世界经济论坛认可其中的观点。
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作者：Dr Angelika Jacobs 是 ETH news 和“future blog”的科学编辑。
图片：收集自废弃电子产品的存储芯片。REUTERS/Yuriko Nakao。
