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微流控技术是一门新兴的可以大有作为的方向,特别是医学、化学、生物学检测方面大有用武之地,这也是很多高校开展其研究的重要原因。但微流控技术及其应用,综合性很强,学科交叉特别多,所以很复杂。
在诸多应用中我们会根据应用场景特别是生物、化学反应的原料、过程、条件来设计微流控芯片。一说芯片不少人就想到老美卡中国脖子的芯片技术。此芯片与彼芯片完全是两个概念。老美卡我们的芯片是IC,即集成电路,是把基础的电子元器件微型化在一块微小的硅片上实现电学的功能。套用这个,微流控芯片就是把生物、化学试验中所用的器材(如烧杯、量筒、移液枪、反应杯等)微微型化,并通过微流道(相当电路中的导线)、阀(电路开关)等连接形成一个微型生物化学试验室。
做一个微流控芯片的产品,起源于具体的应用场景,即检测什么,实现什么功能,解决什么问题,在什么场景下使用,实际样本的采集、性状及对后续生化反应的影响。然后根据检测对象及场景,再考虑生物、化学反应的技术路线,如检测的反应原理,试剂的种类、形状、用量,反应步骤、流程,最后可检测的信号是什么等。这是微流控芯片设计的基础,最好提前验证确认。
其次才是考虑微流控芯片的具体设计。这时要考虑样本及试剂如何加入到芯片中,最终信号如何检测,仪器如何配合等。这些要求相对明确,微流控芯片的设计是可以开始了。芯片设计本身需要对材料及流体力学,特别是微流体力学,要有深刻的理解。在设计中除了前述功能的实现,同时必须认真考虑可生产性,做产品的话还要考虑批量生产的可行性。这些说起来,都是一句话的事,但真正实现难度不小。有时候一个小问题没有考虑到,可能导致整体方案的重来。正式绘制芯片,主要机械工程师的工作,用ProE、Solidworks等绘图软件都可以实现。设计到验证是一个不断重复的持续改进过程,要多次打样、多次试验、多次改进,才可能逐步完善。这是特别耗心力的过程。
在芯片大体方案确定后,配套的仪器也要开始考虑设计。两者也要不断磨合。整体过程繁杂、耗时,需要多学科、多人员的配合。一个产品的实现着实不简单。
产品与科研是思路相差太远。做产品要充分考虑应用端的各种问题,要充分考虑产品的量产可行性与可靠性,要充分考虑产品及流通过程的综合成本。哪一个地方出问题都可能导致产品上市。而科研可能完全不考虑以上问题或只考虑部分问题。高校的老师、研究生重点考虑更多是发文章、写专利,想法有创新,指标有突破是主要的,能不能量产、量产成本、大量产品的重复性及客户端中间商的需求是不会特别考虑的。科研重点考虑求新追高,企业求新追高的同时重点批量重复、成本低廉、应用方便。而企业追求的重点、主要工作是不少学者不屑的。 |
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