测试时间。有一种“高科技”技术，它具有非常不寻常的不对称性。在一个应用领域，它向消费者和企业发送了大量的数据。这几乎是迄今为止它唯一的高容量播放。与此同时，大量使用这种技术的开发项目与高容量空间完全没有关系。

是什么?(从标题中寻找线索是不公平的。)

这是“微流体”。由于流体的研究是力学的一个子集，而且，由于这些系统通常有电子方面，你经常会看到它被包括在MEMS技术中，尽管如果你参加了最近举行的微流体2012展这样的会议，你可能会对它与MEMS有关感到惊讶。

还记得化学实验室吗?它是这样的:烧杯、烧瓶、移液器、滴定、化学计量学以及所有那些让我们许多人跑到数字实验室的乱七八糟的东西。你可以测量一个反应的结果100次，得到100个略有不同的结果，需要统计数据来整理，而在轨道的另一边，你可以测量一个NAND门的输出100次，它总是相同的*。

但很明显，尽管我跑了，还是逃不掉的。我已经设法获得了几十年的缓刑，但现在它又回来了，我必须与芯片实验室的概念搏斗。这不仅带来了化学实验室的恐怖;与之相伴的是生物学，一门极其混乱的生命科学。因为，尽管微流体技术最畅销的应用是喷墨打印(所有这些墨盒加起来的成本远远超过打印机本身)，但研究和开发领域绝大多数都倾向于医疗应用。

关于为什么会这样的讨论可以归结为反应和试剂。如果你研究宏观生物化学，那么你需要大量的所有输入到这个过程中。这些可能涉及到一个人“捐献”的物质——也许是血液。我们都知道获取这些东西有多有趣。所以越不需要，我们就越不喜欢它;微流体技术将所需材料的数量减少了几个数量级。(这不仅仅是喜欢或不喜欢的问题;我们可能只是无法获得大量的某些物质，比如细菌样本。)

作为一个典型的致力于这种新兴技术的会议，有讨论温和地促进解决方案，也有讨论提出挑战。在整理我对整个事情的看法时，似乎可以把整个问题分为五个方面:

• 建一个供液体流通的地方
• 使液体流动
• 在细节层面上控制流程
• 产生某种有用的反应
• 使反应的结果可见

第一个主题开始的技术更适合老式的，油腻的手方法，如铣削，热压印，注塑和铸造。该死，读着这些我感觉更有男子气概了。这些方法和其他变体已经得到了改进，以允许创建更好的功能，但您只能到此为止。在它们的位置上，你会越来越多地发现更熟悉的光刻方法。

硅和玻璃可以用作衬底，但它们相当昂贵，而且有很多工作是用有机材料来降低成本的——就像电子产品一样。材料可能听起来更奇特-像PMMA(我们看到它被用于定向自组装)和环氧光刻胶片-这些物质可能被用作集成电路中的牺牲材料，但在这里被用作结构材料。

事实上，在展会的小展区，口罩制造公司的代表可能过多了;他们认为这是在大型集成电路代工厂越来越多地将掩模制造内部化的情况下实现业务多元化的一种方式。

与集成电路相比，微流控器件的特征尺寸大且相对简单;引导流体的通道，也许是混合，也许是分裂(稍后会详细介绍)，也许是蜿蜒曲折，但没有什么能与现代soc所成为的多级噩梦相匹敌。它也比MEMS加工更简单;在大多数情况下，不存在需要构建和发布的微小移动部件。

这有几个原因。成本是一个很大的问题:许多长期设想的应用都涉及消耗品或一次性设备的广泛使用。(尽管知道医院里一片阿司匹林的价格后，人们会想知道“低成本”在医院里是什么意思。)生物相容性是另一个问题:结构越复杂，涉及的材料越多，就越难创造出可以安全摄入、植入或以其他方式融入活体的东西。

另一个重要的材料考虑是通道与流体的关系。通道应该没有机械缺陷和障碍，这样液体中的任何东西都不会被卡住或减速。试剂的分子亲和力也很重要——你想让液体“湿润”通道吗?通道是否在不经意间成为反应的一部分?

一旦你有了液体的去处，你就必须让它们移动。液体的原动力可以在这里发挥重要作用。就像电子和其他机械现象在尺寸小到不可思议时改变行为一样，流体行为也是如此。而毛细管“力”就是最明显的证据。它把水输送到树顶，帮助血液通过毛细血管流动。使用一些微流体装置，你所要做的就是在输入端输入试剂，大自然母亲就会完成剩下的工作，通过毛细管作用将液体吸进。

然而，有一个问题:任何基于毛细管作用的操作都是单向且不可逆的。你真的无法控制。惠普提出了一长串可能的替代微型泵技术，其中许多都存在与成本或系统集成相关的挑战。这些泵包括倒数泵、旋转泵、气动泵、膜泵、电渗透泵、位移泵、声学泵、电润湿泵和压电泵。

惠普进一步描述了自己使用气泡的生产线。加热器会在液体中产生气泡，之后气泡就会破裂。如果空间是不对称的(气泡比另一个更靠近一面墙)，那么由此产生的惯性力向一个方向推动的比另一个方向更大。反复地制造和破坏气泡，使液体逐渐朝着预期的方向移动。

一旦你让液体流动，你就需要控制它的流量。这可能意味着将两种不同的液体聚集在一起，或者可能意味着，例如，取一组细胞，并根据某些性质对它们进行分类。根据排序机制的不同，有多种不同的方法。柱状森林可以根据细胞大小进行分类。光学器件可以为一个或另一个容器识别单元，然后可以使用电场将单元引导到适当的容器中。

下一个问题是让反应发生。在最简单的情况下，这包括将流体推过已“功能化”的特征。虽然微流体装置中的大部分材料都是简单的结构，但关键区域可能会被化学修饰，使其在其他方面有用。这相当于，“不要只是坐在那里看起来很漂亮;做点什么!”因此，可能会添加分子来识别或吸引流动中的特定物质——也许是特定的蛋白质。在这种情况下，反应发生在流体和结构的某些固定部分之间。

另一种方法是混合试剂，有一个有趣的想法正在发展，以提高反应和反应速率。试剂不是使用试剂流，而是被封装在“相反”液体中的液滴中。亲水物质(可溶于水)可能悬浮在疏水流体中，如油(反之亦然)。这背后的想法看似简单:反应速率与试剂密度成正比。密度越高，结果越快。可以通过向现有体积中添加更多试剂或减小体积来增加密度。液滴的体积非常小。

举个例子，你可以取两个液滴，每个液滴都含有不同的试剂，然后让它们融合，混合试剂，在微小的结合液滴中进行反应。液滴也可以在一定程度上成功分裂，它们可以像血细胞一样被引导。它们还提供了一定程度的隔离，使外部物质(“野生”物种)更难污染反应，或者在细胞生长的情况下，竞争所需的细胞。

最后，根据手头的问题，检测结果的方式可能有很大差异。一种常见的方法是在细胞上添加荧光“标签”，以提供光信号。如前所述，细胞和液滴可以被分类。还有其他的分类机制，利用附着力，甚至低强度的磁场。

对于像我这样的数字居民来说，所有这些组合在一起就像是一个全新的世界。这些设备看起来不同，应用不同，底层技术有不同的根源，但它正在以MEMS朝着类似制造技术的相同方式融合，也许，在可能的情况下集成电子设备，以缩小加热器或泵等设备的实现，并检测结果。我们将继续关注这作为我们整体MEMS报道的一部分。

*好吧，即使对于数字逻辑来说，随着事物缩小到荒谬的小，事情也变得越来越具有统计学意义，但现在先不考虑这个问题……

更多与会者信息:

微流体2012

• 
• 
• 
• 
•