麻省理工团队开发了含有混合、分离和测试流体的系统的纤维。这些基于纤维的微流体系统可以 为医学筛查开辟新的可能性 。
研究人员通过将导线与微流体通道集成在长纤维中，使其具有细胞分类的能力——在这微流体装置中，利用细胞对电场的反应不同将活细胞与死细胞分离。图中活细胞（绿色）被拉向通道的外边缘，而死细胞（红色）被拉向中心，允许它们被送入单独的通道。
微流体装置是一种具有微观通道的微小系统，可用于化学或生物医学测试和研究。麻省理工学院的研究人员已经将微流体系统引入到单个纤维中，从而以更复杂的方式处理更大体积的流体。从某种意义上说，推进开辟了微流体的一个新的“宏观”时代。
过去几十年中在制造在微芯片样结构上广泛开发和使用的传统微流体装置，并规定在微观体积中混合、分离和测试流体的方法。例如，在少量血液的医学测试通常依赖微流体。但是这些装置的小体积也带来了限制；例如，它们不能用在更大体积的液体来检测微量存在的物质的程序。
麻省理工学院的一个研究小组找到了一种在纤维内部制造微流体通道的方法。这些纤维可以适应更大的生产量，并且它们在通道的形状和尺寸上提供了极大的控制和灵活性。本周，麻省理工学院的研究生Rodger、Yuan Joel Voldma和Yoel Fin以及其他四位学者在《美国国家科学院院刊》“Proceedings of the National Academy of Sciences,”上发表了一篇论文，论文中详细描述了这一新概念。
多学科方法
这个项目是Fink在担任麻省理工学院电子研究实验室主任时发起的“快速风暴”活动（头脑风暴与速配的融合——Jeffrey Grossman教授的一个想法）的结果。这些活动旨在帮助研究人员开发新的合作项目，让学生和博士后一对一头脑风暴6分钟，并在一个小时内提出数百个想法，这些想法由一个小组进行排名和评估。在这次特别快攻课程中，电气工程专业的学生与材料科学和微系统技术专业的其他学生合作，开发出一种用新型多材料纤维细胞分类的新方法。
Yuan解释说，尽管微流控技术被广泛开发和广泛用于处理少量液体，但是它存在三个固有的局限性，即装置的总体尺寸、通道形状和难以加入电极等其它材料。产生局限性的原因如下：
因为它们通常是用芯片制造方法制造的，所以微流体器件仅限于在这样的系统中使用不超过宽度8英寸的硅芯片。制造这种芯片的光刻方法限制了通道的形状，只能在正方形或矩形的截面中使用该方法。最后，难以加入其它材料，例如用于感测或操纵通道内容的电极，必须在单独的工艺中单独放置，严重限制了它们的复杂性。
Yuan作为博士研究的一部分开展了这项工作，他说：“硅芯片技术确实便于制作矩形轮廓，但除此之外，任何东西都需要真正的专业技术。他们能够制作三角形，但仅限于特定角度的三角形。”他和他的团队开发的基于光纤的新方法，可以实现通道的多种形状截面，包括星形、十字形或蝴蝶结形状，这些形状可能对诸如自动机之类的特定应用有用。在生物样品中对不同类型的细胞进行合理分类。
此外，对于传统的微流体，诸如传感或加热线之类的元件，或在采样流体中引起振动的压电装置，必须在后续的处理阶段添加。现在它们可以完全集成到新的基于光纤的系统中的信道中。
简短的描述
与多年来在材料科学与工程学教授、美国先进功能织物（AFFOA）协会主席约Yoel Fink的实验室中开发的其他复合纤维系统一样，这些纤维是由一个超大的聚合物圆柱体制成的，称为预成型体。这些预成型体包含最终纤维所需的精确形状和材料，但形式要大得多——这使得它们更容易在非常精确的配置中制造。然后，将预成型体加热并加载到滴塔中被缓慢地拉过喷嘴，该喷嘴将预制件收缩成直径为预制件直径的四分之一的窄纤维，同时保持所有的内部形状和安排。
在此过程中，被拉长的材料是原来长的1600倍，例如100毫米长(4英寸长)的预成型体变成160米长(约525英尺)的纤维，从而明显克服了现有微流体装置固有的长度限制。这对于某些应用来说可能是至关重要的，例如检测存在于流体中浓度非常小的微观物体——数百万正常细胞中的少量癌细胞。
Voldman他是电气工程学教授，专门研究生物微技术。他说：“有时候你需要加工很多材料，因为你所寻找的是稀有的。这使得这种新的基于纤维的微流控技术特别适合于这种用途，因为“纤维可以被拉得很长，让液体有更多的时间留在通道内并与之相互作用。”
“虽然传统的微流体装置可以通过在小芯片上前后循环来延长通道，但由此产生的扭曲和迂回改变通道的轮廓并影响液体的流动方式。而在纤维制造的微流体系统中可以不改变通道形状延长通道，允许液体不间断的流动，”Yuan说。
该系统还能使诸如导线的电气部件并入光纤中。这些是可以操纵细胞的例子，使用一种称为介电泳的方法，其中不同细胞受到通道两侧两根导电线之间产生的电场的不同影响。
“利用这些微通道中的导线，人们可以控制电压，在高流速下推拉细胞完成分离，”Voldman说。
作为演示，研究小组制作了一种长通道光纤装置，用于分离细胞，将死细胞与活细胞分类，并证明了它在完成这项任务中的效率。Yuan说，随着进一步的发展，他们希望能够在不同类型细胞之间进行更细微的区分。
“对我来说，这是一个很好的例子，由研究生发起和领导在RLE等跨学科实验室，研究小组之间的相互作用引发了一个突破性的研究。“我们的老师基本上被我们的学生拖累了，”Fink说。
" 研究人员强调，他们不认为这种新方法现在可替代微流体，在很多方面都有很好应用。"Voldman说，"这并不意味着要取代'现有的方法'，允许一些以前没有可能使用的特定功能的新功能。"
