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MIT

麻省理工學院(MIT)研究出了可程式化液滴(Programmable Droplets)技術,透過控制電壓讓化學溶液或是生物溶液在電路板上滑動,用於同時進行數千種混合方式的反應測試。麻省理工學院媒體實驗室的研究員Udayan Umapath表示,這種數位微流體技術可以大幅降低工業生物學中的實驗程序成本。

Udayan Umapath提到,生物學各方面走向越來越複雜程序,生物學家需要更高階的技術,來控制這些更小的液滴。傳統用馬達、閥門以及細管組合成的系統開始不符合實際需求。他表示,當需要100組測試管道,人工可能需要花費一星期來組裝這些系統,但當實驗需要到100萬組測試管道,光靠人工是完全沒辦法的。

Udayan Umapath表示,可程式化液滴系統是目前生物研究中微流體系統的替代品,現行方式會將生物溶液透過閥門細管泵送,而他們的可程式化液滴,將能以數位計算的方式,自動最佳化液滴混合的路徑以及過程,能提供更高效、更經濟且更大規模的實驗。

在他們的系統中,成千上萬待混合的溶液滴會落在他們的電路板表面,透過調整電壓,系統便能自動移動這些液滴,進行混合實驗。生物學家可以指定實驗的要求,像是A試劑要與B試劑以定量混合,接著再與c試劑混合,系統會自動計算出這些液滴移動的路徑,以及混合的地方,而完全不需要實驗人員的額外介入。

當然這樣的概念也不是麻省理工學院最先想到,過去十年就不停地有團隊開發出類似系統,但是皆無法更靠近商業化的階段,Udayan Umapath表示,其他團隊的晶片需要使用在無塵室進行的高階蝕刻技術製造,這個製程使得成本高居不下。

Udayan Umapath和他的團隊首要任務便是降低成本,他們的雛型裝置使用印刷電路板,這種只在塑膠板上布設銅線的的電子設備相對來說便宜的多。不過,他們的挑戰主要是開發能減少液滴與表面摩擦,易於滑動的電路板表面塗層,這個塗層同時要防止化學或是生物溶液分子沾黏在塗層上,避免汙染往後的實驗。

他們為電路板塗上一層高度只有一微米的疏水性球型材料,液滴看起來在電路板上移動,實則是在這些小球體的頂部滑動。由於這層材料是疏水性的,因此液滴在上面會呈現球狀,而電路板上的充電電極能將球形液滴拉平,接著逐漸關閉該電極再開啟旁邊的電極,疏水材質便能將液滴推向帶電電極,藉以移動液滴。

Udayan Umapath提到,他們的數位微流體技術能極大幅的降低工業生物學的實驗程序成本,製藥公司將能更頻繁的進行實驗,他們估計,對於製藥廠開發新藥來說,新方法將能減少100倍的液滴操作次數,不只降低成本,也更能支援小批量製藥的趨勢。

MIT可程式化液滴技術說明影片:

 


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