微流控前景如何？

莺歌燕舞

国内有哪些做微流控的企业或高校？这个领域的就业前景怎么样？

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清风寡欲

微流控是一个在微观尺度上发展流体处理技术的研究领域。就像液体的电路板一样，微流控与微小的设备（或芯片）一起工作，这些设备的图案是液体流动的小通道和管道。在这种紧凑和收缩的条件下，液体显示出独特的行为，当被操纵时，可以在高通量下提供快速的结果。
家用物品，如喷墨打印机和家庭妊娠测试，都采用了微流控技术；然而，最常见的微流控应用是在医学中。
基因测序生物技术公司10x Genomics的微流控工程高级总监Tobias Wheeler：“有了微流控，一个需要整个实验室占地面积的工作流程可以在一台仪器中实现”。
各种诊断检测试剂盒——从检测新冠肺炎、糖尿病等疾病，到简单地进行血液检测——都使用微流控进行快速的现场检验。它还用于更高端的检测，如DNA测序和基因组单细胞分析。微流控技术也可以应用于公共卫生部门：识别饮用源中的污染物，跟踪国防中的生物威胁，以及监测食品和饮料行业中易腐食品的质量。
它有着广泛的应用，是一种产生巨大影响的“微小技术”。


什么是微流控？
微流控是一种新兴技术，它使用带有通道和隧道的微型设备，少量液体通过这些通道和隧道流动。
Twist Bioscience开发基于合成DNA的产品的化学工程师Manasi Raje：“在微观尺度上，流体的物理性质可能是不直观的。”结果是高度可预测、有序的平行流流体。这种被称为层流的现象使微流控的精确工作成为可能。
微流控技术创建了精确、自动化的流程，实时提供高收益的结果。这些系统通常制造成本低廉，可以用最小的样本量进行大规模研究，同时保存珍贵的液体（如人体血液）并限制接触危险因素（如病毒和放射性药物）。
微流控和生物材料研究员Atul Dhall：“微流控技术只是提供了一种方法，可以构建更便宜、更高效的分析系统，并在最少使用资源的情况下进行高通量测试。它们对流体动力学很重要的所有行业都有潜在影响。”


微流控与芯片实验室
微流控又叫做芯片实验室，顾名思义，芯片实验室的想法是“将生物实验的所有重要方面集成在一个平台内”。
目前，研究人员正在竞相开发各种微流控芯片仿生系统。这些聚合物硅胶芯片含有活的人类干细胞，这些干细胞在结构和功能上都能复制人类生理机能。肾脏、肝脏、肺和心脏已经在实验室环境中成功转移到芯片上的器官设备上，而芯片上的肿瘤平台则在努力监测癌症的进展并测试某些疗法的有效性。在宾夕法尼亚大学进行博士后研究期间，Dhall开发了一种旨在对抗口腔感染的牙科植入芯片。
微流控技术的目的是为药物开发和疾病建模提供个性化的治疗、更准确的模型，并减少动物试验。
微流控是如何工作的？
微流控系统可以由塑料、玻璃、凝胶甚至纸张制成，上面刻着狭窄的微通道和储液器图案。然后，流体被装载到它们各自的入口中，并使用各种方法驱动流体通过微通道。一些设备配有泵和阀门，以产生压力驱动的流量；另一些人则利用表面张力来推动流体通过其渠道。圆形设计可以简单地依靠离心力来驱动液体流动，而其他设计则通过给溶液或芯片基础设施内的颗粒充电来调动液体。
当结合时，这些物质可能会引起化学反应，产生产物（如油包水型乳液或由微粒制成的集成功能结构）或分离（在生物医学中，这可能是从血液样品中去除癌症细胞）。


微流控的应用
1.医学
微流控为许多用于检测重要生物标志物的测试提供了动力。从少量唾液或血液样本中，这些快速的现场分析可以表明患者是否患上了新冠肺炎等传染病，或者读取糖尿病患者的血糖水平。它也用于血液化学面板，提供器官功能的一般状态更新，并帮助发现异常。
2.药物发现
当研究人员将活检样本分解成单个细胞，然后将这些细胞全部放置在微流控芯片中时，他们能够一次性启动一系列测试，帮助制定治疗计划。这些微流控芯片模拟了体内条件，使研究人员能够在给患者开药之前，了解一种细胞类型如何与某些药物相互作用，以及该药物的疗效。
3.生物技术-细胞培养与组织工程
微流控还用于模拟使用活体组织的体外环境。这种方法有助于实验室培养的组织发育，构建与天然组织相似和灌注相似的人工结构。一项引人注目的、即将到来的创新是在U盘大小的芯片上提供人体器官的生理复制品。这些芯片上的器官设备模拟了整个人体器官的行为。它们是布满活细胞的人体横截面，可以为药物开发、疾病建模和个性化药物提供比传统方法更准确的模型。到目前为止，Wyss研究所的工程师已经在实验室中观测到了人类肺、肠、肾、皮肤、骨髓和血脑屏障的微结构和功能。
4.DNA测序
DNA测序着眼于四个构建块——腺嘌呤、胞嘧啶、鸟嘌呤和胸腺嘧啶——组成单个分子的顺序。我们对自己的基因、突变和基因变异了解得越多，就越能了解我们是如何遗传疾病或进化的。在惠勒的10x Genomics公司，微流控用于将单个细胞与微小的DNA条形码“凝胶珠”配对，用于单细胞测序。在这个过程中，从特定的样本中产生了数千个微小的液滴，这使得能够更深入地分析基因表达谱，使研究人员能够逐个细胞地探索生物系统。
5.基因编辑
微流控技术用于帮助缩小基因编辑工作流程的规模并使其自动化。它的微型液滴机制将基因编辑材料直接输送到细胞，在那里它可以精确地插入、替换或删除DNA序列的部分。理想情况下，这种做法将用于纠正导致癌症和疾病的已知突变。
6.环境监测
6.1水质分析
与可以实时提供现场结果的微流控替代品相比，传统的、劳动密集型的水质分析方法——例如从不同地点收集样本，将其送到实验室，然后进行测试，这非常的复杂繁琐。从电极系统到试纸条，一系列工具可用于检测和量化水源中的污染物。
6.2空气质量分析
微流控设备可用于检测空气中的颗粒物和气体污染物，如一氧化碳探测器。一些模型甚至可以通过捕捉漂浮的微生物，如细菌或霉菌孢子，然后通过读数报告其空气质量发现，来监测空气中病原体或过敏原的存在。
7.微塑料污染
鉴于其分子水平的分选能力，微流控可能是从生态系统中筛选微塑料的可行过滤方法。2023年发表在《生物传感器》杂志上的一项研究概述了使用微流控作为分离工具的几种方法。
以上为微流控的各方面应用，由此可以看出微流控技术的多能性，这也让我们对微流控的发展前景抱有很高的期望。

感恩由您

11月11日-12日，2023微生理系统国际研讨会暨第六届类器官与器官芯片学术会议与产业投资论坛（MPS 2023）在南京盛大召开。本次会议由东南大学、江苏省人民医院、美国哥伦比亚大学主办，江苏运动健康研究院、数字医学工程全国重点实验室、东南大学苏州医疗器械研究院、环境医学工程教育部重点实验室、生物谷承办，中国生物医学工程学会类器官与器官芯片分会、中国毒理学学会、中国细胞生物学学会、江苏省研究型医院学会、江苏省环境诱变剂学会、江苏省健康管理学会协办。




会议旨在探讨器官芯片、类器官、生物医学大数据等微生理系统领域最新研究方向、展示最新科研成果，搭建微生理系统产学研交流合作平台，共同促进我国微生理系统研究与产业发展进入新里程。相关领域多位国内外院士以及来自全国各地的专家、学者齐聚一堂，共襄盛会。




中国工程院院士顾晓松、中国科学院院士陈晔光，东南大学生物科学与医学工程学院院长、江苏运动健康研究院院长顾忠泽，江苏省人民医院院长刘云、美国国家工程院院士Kam W. Leong等专家学者出席开幕式。会议开幕式由刘云院长主持。



东南大学副校长孙立涛在致辞中说，东南大学始终以国家战略需求为导向，持续开展有格局、有组织、有学术引领力的科研。学校在生物医学领域具有良好的学科基础，连续多年被评为A+学科，目前依托多方力量合作共建江苏运动健康研究院。希望借助此次会议，东南大学、江苏省人民医院、哥伦比亚大学三方更加紧密携手前行，为打造国内外领先的器官芯片技术研发及应用提供强大助力。



南京江宁高新区管委会副主任李娟在致辞中说，生物医药产业是南京战略性新兴产业之一，也是江宁聚力打造的先导产业集群之一。近年来，园区已集聚了生物医药企业300余家，形成了新药创制、细胞与基因治疗、生物技术服务等多个产业集群，稳居全国生物医药产业园区第一方阵。期望各位专家学者持续关注关心南京，把更多的资源投放江宁，促进政策协同、资源对接、信息共享。



中国生物医学工程学会副理事长万遂人在致辞中说，此次会议探讨类器官与器官芯片、大数据微生理系统等领域的最新研究方向，搭建的微生理系统产学研交流的合作平台将促进国际合作与交流，为推动生物科学与医学工程高质量发展而继续奋斗。



顾晓松院士在致辞中说，类器官与器官芯片技术涉及到生命科学、医学、药学、材料科学、精密制造、人工智能、生物医学工程和生物医药产业等多学科，共同推动了微生理学科发展进入到新的高度和深度。我国在此领域形成了较好的发展局面，积累了较好的基础，希望大家共同推进，助力我国在类器官与器官芯片领域的快速发展。


陈晔光院士发表了题为《Segregation Of Stemness From Proliferation In Intestinal Stem Cells》的主旨演讲。陈院士介绍了利用肠道类器官研究Mettl3相关作用机制，研究发现Mettl3在肠道上皮稳态维持中具有重要作用，但其影响干细胞的干性却不影响增殖，报告显示了类器官技术在生物现象的分子机制研究中的重要应用。


随后Uwe Marx、Danilo A. Tagle、Kaiming Ye、顾忠泽等近20位顶尖学者围绕类器官与器官芯片产业作了主题演讲。







香港中文大学（深圳）医学院、加拿大工程院院士李晨钟教授，瑞士伯尔尼大学、AlveoliX创始人Olivier Guenat教授，荷兰乌得勒支医学中心Bas van Balkom教授、日本国立健康科学研究所生物安全中心的Takao Ashikaga、瑞士InSphero公司创始人Jan Lichtenberg博士、中检院安平所副主任周晓冰教授、巴黎高等师范学院Yong CHEN教授、澳大利亚墨尔本大学药理和治疗学主席Alastair Stewart教授、瑞士苏黎世理工Janos Vörös教授、日本微生理系统负责人、日本崇城大学Seiichi lshida教授、德国拜尔集团临床前研究负责人Marian Raschke、美国Emulate公司首席科学官Lorna Ewart博士等国内外顶级学者均围绕大会主题作了演讲，并与会场嘉宾互动提问。
大会还设置4个分会场，围绕类器官与器官芯片的构建与测量、器官芯片与健康风险评估、器官芯片与药物开发、器官芯片与精准医学以及相关领域，开设邀请报告、口头报告、墙报等形式的交流。


此次会议，各位专家学者通过分享和交流在微生理系统领域研究的最新成果，探讨类器官与器官芯片的应用研究发展方向和产业化前景，为微生理系统的发展注入新的动力助推社会进步和经济发展，为相关产业带来新的机遇和突破。


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艾玮得携全系列器官芯片产品、生命科学设备、药物功效与安全性评价解决方案、器官芯片药敏检测一站式解决方案、心脏药效/毒理模型构建与检测方案、肝脏毒理模型构建与检测方案、皮肤模型构建与检测方案亮相本次会议，受到专家学者们的肯定。
在活动现场，我们展出了艾玮得高通量膜式屏障芯片、高通量药敏芯片、高通量无膜屏障芯片、单腔膜式芯片以及近期热门导报中的太空血管芯片。
关于太空血管芯片：小芯片，大突破！太空器官芯片研究在中国空间站完成
此外，高内涵智能分析系统、器官芯片流控系统、摇摆灌注仪等生命科学设备也在现场展出，向会场观众展示了艾玮得从上游材料，中游器官芯片，到下游生命科学仪器的全产业链的产品布局与技术实力。展会现场人流不断，现场咨询观众络绎不绝。






作为一家专注于人体器官芯片及生命科学设备研发与生产的创新科技公司，艾玮得器官芯片应用全场景解决方案已能够全面覆盖新药研发评价、临床药敏检测、基础科学研究等应用领域，为科研、临床、药企等客户提供一站式解决方案。

继续前进

新冠疫情防控需求推动了测序、质谱、数字 PCR、微流控芯片等前沿检验技术的研发与应用转化。
其中，微流控芯片是近年来发展起来的一种全新微量分析技术，被评为本世纪最具有发展潜力的新兴检验技术之一。
它可以把整个化验室的功能，包括采样、稀释、加试剂、反应、分离、检测等集成到一块微米级尺度的芯片上，自动完成分析全过程，且可以多次使用。
微流控技术问世至今有近 30 年历史，其发展迅猛，被称为下一代医疗检验领域“颠覆性技术”。
所以建议还是在测序、质谱、数字 PCR、微流控芯片等前沿技术找到一个自己认为比较理解深刻的行业进行深造。
在我看来，微流控的“控“，主要就是控流体，低脉动，高精度，高稳定性的泵，阀，传感器以及芯片等做成的系统才是关键，点我头像加关注一起学习交流有前景的微流控行业。

大力水手

前途是光明的，道路是曲折的
随着行业发展，最终定会是一道靓丽的风景线，但还比较漫长，还需要时间。

我之前接触过一点微流控研发相关，至今念念不忘，好想再续前缘，好好做个真正的微流控产品。