微流控技术概述:发展历程与定义

微流控技术概述:发展历程与定义

微流控技术的起源与演进

上述历程既展示了微流控技术对流体精密操纵的不断突破,也反映了其在科研与产业中的广泛渗透。。

所有这些示例都属于微流控系统,因为它们一方面能够精确地控制不断缩小的流体体积,另一方面实现了流体处理系统的小型化。

该领域的一项重大突破是快速原型聚合物聚二甲基硅氧烷(PDMS)软刻蚀工艺的发展,它为制造原型器件和测试新思路提供了高效便捷的方案。

微流控技术的历史与发展

微流控的发展与组件演进

微流控技术的起源可追溯至20世纪50年代,当时主要应用于喷墨打印机制造——其核心机制即基于微流控,通过极细管道输送墨水。

70年代,研究者在硅片上成功构建了一台微型气相色谱仪;到了80年代末,首批基于硅微加工的微阀和微泵相继问世,随后几年又涌现出多种硅基微流控分析系统。

1950s: 喷墨打印机的微流体系统——最早将微型管路用于墨水输送

1970s: 在硅片上构建首台微型气相色谱仪

1980s 末: 基于硅微加工的首批微阀与微泵问世

1990s: 软刻蚀工艺(Soft Lithography)与 PDMS 材料推广,使快速原型制造成为可能;“芯片实验室”概念兴起

2000s: 滴流微流控、细胞培养芯片、器官芯片等应用拓展

2006: Fluigent 推出首款微流控压力泵,实现脉动极小的快速响应流控

2010s–至今: 大规模生产与终端用户系统面世,市场化设备与应用不断涌现

上述历程既展示了微流控技术对流体精密操纵的不断突破,也反映了其在科研与产业中的广泛渗透。

所有这些示例都属于微流控系统,因为它们一方面能够精确地控制不断缩小的流体体积,另一方面实现了流体处理系统的小型化。

该领域的一项重大突破是快速原型聚合物聚二甲基硅氧烷(PDMS)软刻蚀工艺的发展,它为制造原型器件和测试新思路提供了高效便捷的方案。

微流控的发展与组件演进

1990年代 : 着微加工技术的进步,微流控系统的应用边界被大幅拓展。研究人员开始设计“实验室芯片”(Lab-on-a-Chip)设备,涵盖化学分析到医学诊断等多种场景。这一时期诞生了首批集成传感器和阀门的微流控装置。

21世纪初 : 微流控技术迅速普及,广泛应用于基因组学、蛋白质组学、药物筛选和现场诊断(Point-of-Care)等领域。同时,“器官芯片”模型应运而生,通过在芯片上复制人体生理环境,提高体外测试的生理相关性。

当下与未来 : 微流控依然在不断突破,研究的重点集中在提升系统的精度、可扩展性,以及与其他学科(如电子学、材料学)的深度融合。多年来,研发者持续推出新型微流控组件,涵盖流体输送、定量计量、混合、阀控,以及在微量环境下对分子进行浓缩与分离的方案。

案例:Fluigent 的微流控压力泵

2006 年,Fluigent 推出首款微流控压力泵,开创了非注射泵驱动的新模式。相比传统注射泵,压力泵响应更快、无脉动流。最初,它们仅能对芯片内液体施加压力;随着流量传感器与专用反馈控制回路的加入,Fluigent 实现了对压力与流速的双重精准控制,为许多高端应用打开了大门。

近年来,越来越多基于微流控的产品由初创企业及大型制药、生物医药公司陆续推向市场,推动整个行业迈向成熟。

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