微流控的种类

微流控流动仅需受到几何长度尺度的限制-用于实现这种几何约束的方式和方法高度依赖于目标应用。传统上，微流控流是在封闭通道内部产生的，通道横截面约为10μmx 10μm。这些方法中的每一种都有其自己的相关技术来维持稳健的流体流动，这些技术已经发展了几年。

在开放的微流控中，系统的至少一个边界被去除，使流体暴露于空气或另一种界面（即液体）。开放式微流控技术的优势包括可接近流动的液体进行干预，更大的液-气表面积和最小的气泡形成。开放式微流控技术的另一个优势是能够将开放式系统与表面张力驱动的流体流集成在一起，从而消除了对外部泵送方法（例如蠕动泵或注射泵）的需求。开放式微流控装置也易于通过铣削，热成型和热压花来制造，且价格便宜。此外，开放式微流控技术无需胶粘或粘合设备的盖子，因为这可能不利于毛细管流动。开放微流控的例子包括开放通道微流控，基于轨道的微流控，基于纸的和基于线程的微流控。开放系统的缺点包括易蒸发、污染和流速受限。

连续流动的微流控主要通过加速或阻碍毛细管元件中的流体流动来控制通过狭窄通道或多孔介质的稳态液体流动。在基于纸的微流控技术中，可以通过简单地改变截面几何形状来实现毛细管元件。通常，通过外部压力源、外部机械泵、集成机械微型泵或毛细管力和电动机构的组合来实现对液体流的驱动。连续流微流操作是主流方法，因为它易于实现且对蛋白质结垢问题不那么敏感。连续流设备适合于许多定义明确的简单生化应用以及某些任务（如化学分离），但它们不太适合需要高度灵活性或流体操作的任务。这些封闭通道系统固有地难以集成和缩放，因为控制流场的参数沿流路变化，使得流体在任何一个位置流动都取决于整个系统的属性。xxx蚀刻的微结构还导致有限的可重构性和较差的容错能力。

连续流系统中的过程监视功能可以通过基于MEMS技术的高灵敏度微流传感器来实现，该传感器的分辨率可低至纳升范围。

与连续的微流控相反，基于液滴的微流控是微流控的一个子类别。基于液滴的微流控技术以低雷诺数和层流模式操作不混溶相中的离散体积的流体。在过去的几十年中，对基于液滴的微流控系统的兴趣已xxx增长。微滴可方便地处理微小体积的液体（μl至fl），提供更好的混合、封装、分选和感测，并适合高通量实验。有效利用基于液滴的微流控的好处需要对液滴的产生有深刻的理解来执行各种逻辑操作例如液滴运动、液滴分类、液滴合并和液滴破碎。

上述闭路连续流系统的替代方案包括新颖的开放式结构，其中使用电润湿在衬底上操纵离散的，可独立控制的液滴。类似于数字微电子学，该方法称为数字微流控学。Le Pesant等。率先使用电毛细管力在数字轨道上移动液滴。Cytonix率先提出的“流体晶体管” 也发挥了作用。该技术随后被杜克大学商业化。通过使用离散的单位体积液滴，可以将微流控功能简化为一组重复的基本操作，即，将一个单位的流体移动一个单位的距离。这种“数字化”方法有助于使用基于细胞的分层方法进行微流控生物芯片设计。因此，数字微流控技术提供了灵活，可扩展的系统架构以及高容错能力能力。此外，由于每个液滴可以独立控制，因此这些系统还具有动态可重构性，从而可以在同时执行一组生物测定过程中，将微流控阵列中的单位细胞组重构为改变其功能。尽管在封闭的微流控通道中操纵液滴，但是由于对液滴的控制不是独立的，因此不应将其混淆为“数字微流控”。用于数字微流控的一种常见的致动方法是电介质上电润湿（EWOD）。在数字微流控范式中，使用电润湿已证明了许多芯片实验室应用。但是，最近还使用磁力、声表面波、光电润湿、机械驱动等等方法对液滴进行了其他处理。

纸基微流控设备在便携式，廉价和用户友好的医疗诊断系统中占据了越来越大的位置。基于纸张的微流控技术依赖于多孔介质中毛细管渗透的现象。为了在二维和三维上调整流体在诸如纸的多孔基质中的渗透，可以控制微流控装置的孔结构，润湿性和几何形状，而液体的粘度和蒸发速率则起着更重要的作用。许多此类设备在亲水性纸上具有疏水性屏障，可将水溶液被动地输送到发生生物反应的出口。当前的应用包括便携式葡萄糖检测和环境测试，希望到达缺乏先进医学诊断工具的地区。

在流体中的颗粒检测领域中，已经获得大量学术努力和一些商业努力的一个应用领域。通常使用库尔特（Coulter）计数器对直径小至约1μm的细小流体传播颗粒进行颗粒检测，当诸如盐水中的弱导电流体通过小直径（约100μm）时，会产生电信号）孔，从而产生与颗粒体积与孔体积之比成正比的电信号。这背后的物理过程相对简单，在DeBlois和Bean的经典论文中进行了描述，而该实现首先在Coulter的原始专利中进行了描述。这是用于例如大小和计数红细胞（红血细胞[维基]）以及白细胞（该方法的白血细胞进行标准血液分析）。但是，RPS方法不适用于直径小于1μm的颗粒，因为信噪比降至可靠可检测极限以下，该信噪比主要由分析物通过的孔的大小和样品的输入噪声确定。xxx级放大器。

传统RPS Coulter计数器的孔径限制是通过用于制造孔的方法设置的，虽然这是商业秘密，但很可能使用传统的机械方法。这是微流控可能会产生影响的地方：基于光刻的微流控设备生产，或者更有可能采用模制工艺生产可重复使用的模具制造微流控设备的模具，其尺寸限于比传统加工小得多的尺寸。可以轻松制造低至1μm的关键尺寸，并且花费更多的精力和金钱，也可以可靠地图案化100 nm以下的特征尺寸。这使得能够廉价地生产集成在微流控回路中的孔，在该微流控回路中，孔径可以达到100 nm量级，同时最小粒径随之减小了几个数量级。

其结果是出现了微流控粒子计数的一些基于大学的发展和上浆与伴随这项技术的商业化。这种方法已被称为微流控电阻脉冲感应（MRPS）。

微流控装置的主要应用领域之一是不同流体或细胞类型的分离和分类。在微流控领域的最新发展已经看到了微流控器件与磁致集成的集成：磁场迁移粒子。这可以通过使包含至少一种磁性成分的流体通过微流控通道来实现，该流体具有沿通道的长度方向定位的磁体。这会在微流控通道内部产生磁场，从而将磁性活性物质吸引到该通道，从而有效地分离出流体中的磁性和非磁性成分。这种技术可以很容易地用于在工业环境中，手头的流体已包含磁性活性物质。例如，少量金属杂质会进入某些可消耗的液体，即牛奶和其他乳制品。方便地，在牛奶的情况下，这些金属污染物中有许多表现出顺磁性。因此，在包装之前，可以使牛奶流过具有磁性梯度的通道，以净化金属污染物。

微流辅助磁泳的其他更多以研究为导向的应用是众多的，并且通常针对细胞分离。完成此操作的一般方法涉及几个步骤。首先，需要对顺磁性物质（通常是微米/ 纳米粒子或顺磁性流体）进行功能化，以靶向目标细胞类型。这可以通过确定感兴趣的细胞类型特有的跨膜蛋白，然后用互补的抗原或抗体对磁性颗粒进行功能化来实现。一旦将磁性粒子功能化，它们就会分散在细胞混合物中，在那里它们仅与目标细胞结合。然后可以使所得的细胞/颗粒混合物流过具有磁场的微流控装置，以将靶细胞与其余细胞分离。

相反，微流控辅助磁泳可用于促进微滴或栓塞内的有效混合。为此，向微滴注入顺磁性纳米颗粒，并使其流过直通道，该直通道穿过快速交变的磁场。这导致磁性颗粒在液滴内快速地从一侧推到另一侧，并导致微液滴内容物的混合。这消除了传统的基于通道的液滴混合所必需的繁琐的工程考虑。其他研究也表明，通过将细胞悬浮在顺磁性流体中并利用磁-阿基米德效应，可以实现无标记的细胞分离。尽管这确实消除了粒子功能化的复杂性，但仍需要进行更多研究才能充分了解磁阿基米德现象以及如何将其用于此目的。这不是微流控辅助磁致变体的各种应用的详尽清单。以上示例仅强调了这种分离技术在当前和未来应用中的多功能性。