這種被稱為微流控技術(shù)或芯片上的實(shí)驗(yàn)室是由研究人員創(chuàng)建的，用于協(xié)助實(shí)驗(yàn)室分析，通常依靠外部泵來使液體在芯片中循環(huán)。然而，這種系統(tǒng)的自動(dòng)化一直是個(gè)挑戰(zhàn)，而且芯片必須為每個(gè)單獨(dú)的應(yīng)用定制設(shè)計(jì)和制造。

 

　　利用一根玻璃針在超聲波的幫助下進(jìn)行振蕩，液體可以被操縱，顆粒可以被捕獲。資料來源：蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院

　　由蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院教授Daniel Ahmed領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)家們現(xiàn)在正將傳統(tǒng)的機(jī)器人技術(shù)和微流體技術(shù)結(jié)合起來。他們已經(jīng)開發(fā)出一種使用超聲波的設(shè)備，并可以連接到一個(gè)機(jī)器人手臂上。它適用于執(zhí)行微觀機(jī)器人和微流體應(yīng)用中的廣泛任務(wù)，也可用于實(shí)現(xiàn)此類應(yīng)用的自動(dòng)化?？茖W(xué)家們?cè)凇蹲匀煌ㄓ崱飞蠄?bào)告了這一發(fā)展。

 

　　該設(shè)備包括一個(gè)薄而尖的玻璃針和一個(gè)壓電傳感器，該傳感器使針擺動(dòng)。類似的傳感器被用于揚(yáng)聲器、超聲波成像和專業(yè)牙齒清潔設(shè)備。ETH的研究人員可以改變其玻璃針的振蕩頻率。通過將針頭浸入液體，他們創(chuàng)造了一個(gè)由多個(gè)渦流組成的三維圖案。由于這種圖案取決于振蕩頻率，因此可以相應(yīng)地控制它。

 

　　研究人員能夠利用這一點(diǎn)來展示幾種應(yīng)用。首先，他們能夠混合高粘性液體的微小液滴。艾哈邁德教授解釋說："液體越是粘稠，混合起來就越困難。然而，我們的方法成功地做到了這一點(diǎn)，因?yàn)樗刮覀儾粌H能夠創(chuàng)造一個(gè)單一的漩渦，而且還能利用由多個(gè)強(qiáng)漩渦組成的復(fù)雜的三維模式有效地混合液體。"

 

　　第二，科學(xué)家們能夠通過創(chuàng)建特定的渦流模式并將擺動(dòng)的玻璃針靠近通道壁來泵送液體通過一個(gè)迷你通道系統(tǒng)。

 

　　第三，他們成功地使用他們的機(jī)器人輔助聲學(xué)裝置來捕獲流體中存在的細(xì)小顆粒。這是因?yàn)轭w粒的大小決定了它對(duì)聲波的反應(yīng)。相對(duì)較大的顆粒會(huì)向擺動(dòng)的玻璃針移動(dòng)，在那里它們會(huì)聚集起來。研究人員展示了這種方法不僅可以捕獲無生命的顆粒，還可以捕獲魚的胚胎，他們相信它也應(yīng)該能夠捕捉到液體中的生物細(xì)胞。

 

　　"在過去，在三維空間中操縱微觀粒子總是具有挑戰(zhàn)性。我們的微型機(jī)器人手臂讓它變得簡(jiǎn)單，"Ahmed說。"直到現(xiàn)在，大型傳統(tǒng)機(jī)器人技術(shù)和微流體應(yīng)用的進(jìn)展都是單獨(dú)進(jìn)行的，"Ahmed說。"我們的工作有助于將這兩種方法結(jié)合起來"。因此，未來的微流控系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)得與今天的機(jī)器人系統(tǒng)類似。一個(gè)適當(dāng)編程的單一設(shè)備將能夠處理各種任務(wù)。

 

　　"混合和泵送液體以及捕集顆粒--我們可以用一個(gè)設(shè)備完成所有這些工作。這意味著明天的微流控芯片將不再需要為每個(gè)特定的應(yīng)用定制開發(fā)。研究人員下一步希望將幾個(gè)玻璃針頭結(jié)合起來，在液體中創(chuàng)造更復(fù)雜的渦流模式。"

 

　　除了實(shí)驗(yàn)室分析，艾哈邁德還可以設(shè)想微型機(jī)器人手臂的其他應(yīng)用，如對(duì)微小物體進(jìn)行分類?？梢韵胂?，這些手臂也可以用于生物技術(shù)，作為將DNA引入單個(gè)細(xì)胞的一種方式。最終應(yīng)該有可能將它們用于增材制造和3D打印。