Principios básicos e design

O sistema de microfluidos é baseado no controle da tensão superficial e na tecnologia de microfluidos. Seu princípio básico controla a geração e a formação de gotas através da regulação da velocidade da cola, diâmetro da ponta da agulha, distância da cola e viscosidade da cola. Por exemplo, o método de pontuação de contato usa o equilíbrio dinâmico de tensão superficial e força de adesividade para formar placas de cola uniformes com precisão de microns, com uma taxa de sucesso experimental de até 92,7%. As técnicas de geração de gotas passivas comuns em projetos de microfluidos (por exemplo, estrutura tipo T, método de convergência de fluxo) otimizam os parâmetros geométricos do canal para a preparação de gotas de alta dispersão de fluxo.

Composição do sistema e tecnologias-chave

1 - Arquitetura de hardware

• Módulo de pegamento: contém uma agulha de pipeta de precisão, um sistema de controle de pressão e uma unidade de controle de temperatura para garantir a estabilidade da viscosidade da pegamento e a consistência da pegamento.

• Módulo de observação: sistema de imagem microscópica integrado para capturar em tempo real o processo de formação de gotas e a qualidade da placa, apoiando o ajuste dinâmico dos parâmetros.

• Chip de microfluido: Utiliza estruturas PDMS de múltiplas camadas ou tecnologia de impressão 3D para integrar unidades de geração, mistura e lavagem de gotas para atender às necessidades de reação em múltiplas etapas.

2 Tecnologia de controle inteligente

• Algoritmos de aprendizado de máquina aplicados à automação do projeto de gotas para prever os melhores parâmetros operacionais através de modelos de treinamento de dados históricos, reduzindo significativamente o ciclo de desenvolvimento.

• O sistema de feedback de circuito fechado combina sensores de pressão com análise de imagem para permitir a regulação adaptativa do tamanho e distribuição das gotas.

Os principais desafios e soluções

• Estabilidade das gotas: reduz o risco de fusão e ruptura das gotas otimizando a concentração de surfactante e a relação de fluxo bifásico.

• Controle de resíduos: Adota o design suave da parede interna e a tecnologia de lavagem por pulso para reduzir o impacto da cola residual no microcanal na operação posterior.

Integração de processos complexos: Desenvolvimento de unidades de "micro-lavadora" para a substituição dinâmica de fluidos dentro de gotas e suporte a processos de biodetecção em múltiplas etapas.

4. Aplicações típicas

1 - Biomedicina.

• Na análise do transcritoma unicelular, as gotas de traço são usadas como recipientes de reação independentes para alcançar a sequência genética de alto fluxo e a triagem de medicamentos.

• Análise poliômica de amostras de sangue em microgramas (10 μL) para melhorar a sensibilidade da detecção através do encapsulamento de gotas e apoiar o monitoramento preciso da saúde.

2 - Fabricação de precisão

• Campo de embalagem de microeletrônica, para revestimento de nanoescala de colóides interconectados de chips, para garantir o desempenho elétrico e a estabilidade térmica do dispositivo.

• Preparação de nanopartículas monodispersas para controlar o tamanho e a forma do material através do método de modelo de gota.

V. Direção de desenvolvimento futuro

• Operação de gotas complexas: Desenvolver a tecnologia de anilhamento de gotas em múltiplos níveis para o controle de isolamento espacial de reações químicas e bioculturas.

• Fusão de tecnologia de detecção: Integração de marcadores fluorescentes, espectroscopia de Raman e outros métodos de detecção in situ para melhorar a capacidade de monitoramento em tempo real da reação dentro das gotas.

• Fabricação verde: promover materiais de chips de microfluidos degradáveis ​​para reduzir a poluição ambiental em aplicações médicas e industriais.