微流体：将传统尺寸的系统小型化以开发高精度方法

微流体通常是指限制在小范围内的流体的行为、控制和操纵，其中表面力优于体积力。微流体能够处理体积通常在纳米到微升范围内的液体。微流体在分子传感器的进步中发挥着关键作用，这取决于生物测定，例如免疫测定、DNA 扩增和核酸分析以及细胞分离等。由于其不断增长的潜力，微流体技术已成为一种重要的方法，通过简单、经济高效和可复制的方法开发具有增强物理化学特性的强大药物输送系统。

微流控技术作为一种有前途的技术的出现可以归功于其在化学、物理科学和生物学中的广泛应用。促进微流体研究发展的一个重要因素是芯片实验室 ​​(LOC) 设备的出现，该设备被认为是化学领域的革命性设备。微流体具有多种优势，例如更快的反应时间、提高分析灵敏度、精确的温度控制、增强的便携性以及将实验室常规正确集成到单个设备 (LOC) 中。对即时检测和体外诊断的需求不断增长，推动了对微流体技术的需求。根据最新评估，到 2027 年，全球微流体市场的估值将达到 294.3 亿美元，复合年增长率为 10.6%。

COVID-19 大流行：为基于微流体的检测系统铺平道路
自 2019 年底 COVID-19 大流行爆发以来，它已迅速蔓延到世界各地，感染了数百万人。对人们进行大规模筛查以识别和隔离受感染的患者被认为是遏制病毒传播的关键步骤。最初，冠状病毒推定病例的确认是通过 RT-PCR 技术进行的。尽管这些测试在医疗保健和研究机构中很常见，但全球这些诊断套件的需求和可用性之间存在很大差距。

微流控技术成为耗时测定的可行替代方案。在过去的几十年里，微电子和微机电系统 (MEMS) 技术为微流体设备的产生做出了贡献，这些设备在操纵最少量的流体并从中提取可行信息方面非常高效。该方法还具有从较小样本中获取重要数据的增强潜力。微流控装置已广泛用于床边和床旁检测。微流体有可能提供快速且负担得起的即时诊断工具，以帮助减轻大流行的负担。  

微流控芯片能够处理微型通道和腔室中的微量流体。这些特性和高表面积体积比使研究人员能够以更高的效率处理少量样品和试剂并更快地产生结果。主要制造商还打算利用微流控技术开发用于冠状病毒检测的快速检测试剂盒。例如，下一代 POC 诊断公司 LumiraDx 于 2021 年 1 月 21 日宣布跨国公司批准其 COVID-19 抗原检测。LumiraDx SARS-CoV-2 抗原检测是一种微流体免疫荧光检测，用于检测 SARS-高灵敏度的鼻拭子中的 CoV-2 抗原可在 12 分钟内得出结果。添加到测试的验证，意大利临床微生物学协会于 2021 年 1 月发布了新指南，以鼓励使用微流体技术。该测试由 FDA 根据 EUA 授权用于检测 SARS-CoV-2核衣壳蛋白。

2021 年 2 月，布里斯托大学的研究人员和科学家一篇题为“使用 3D 打印互连通道支架制造可忽略不计的微流控设备”的文章，其中描述了一种开发复杂的创新方法使用 3D 打印互连微通道支架和开源资源的聚合物制成的微流控装置。

微流体市场：起源与未来
微流控技术的进步正在彻底改变分子生物学，并导致出现了强大的工具，供生物学家和研究人员控制完整的细胞环境，从而带来新的发现。市场上不断提高的技术进步一直是推动市场增长的关键因素。例如，2019 年 1 月，欧莱雅推出了可穿戴传感器和配套应用程序 My Skin Track pH 的原型，这是首款可有效测量个人皮肤 pH 值并生成定制方案以提供更好护肤效果的可穿戴微流体传感器。

微流体也已成功用于开发广泛的商业产品。例如，Quanta Life 提供基于液滴的微流体解决方案来执行数字 PCR 以量化核酸。另一个例子是 Fluidigm Corporation 于 2019 年推出了一种名为“Advanta RNA-Seq NGS Library Prep Kit”的基于微流体的工作流程，用于制备 RNA 测序文库。  

北美是最大的微流体市场，这得益于该地区知名公司的存在、越来越多的研究活动、先进技术的引入以及对即时 (POC) 诊断的强烈要求。此外，该地区为产生新颖和创新的微流体设备而开展的研发活动预计将进一步增加市场增长的牵引力。例如，2019 年，一组研究人员开发了一种以木材为关键材料的可再生、可生物降解的微流控芯片。

随着 3D 打印等尖端技术的出现，预计将出现开发高效微流控设备的创新方法，这些设备可以提供具有成本效益、高度集成和更可定制的芯片，并具有增强的质量控制。

微流控器件的优势和应用
由于所需的样品量最少，微流体技术为传统实验室技术提供了一种有前途的替代方案。它们可以在一个尺寸为几平方厘米的单个芯片上运行全面的实验室程序。微流体技术，通常被描述为芯片实验室或器官芯片技术，用于广泛的应用，例如：

在化妆品行业的乳液和配方中
在制药行业进行药物发现
在个性化医疗和诊断中
在流动合成和化学计量以及其他化学应用中
在细胞培养和 3D 打印中
在从机械环境到化学环境的微环境控制中

结论与展望
由于微流体设备中的高效传热和空间限制，微流体设备在纳米颗粒和纳米复合材料的合成中具有巨大的潜力。微流控设备在医疗和诊断领域受到关注，因为它们可以在更小规模上进行大规模应用，有效减少样品消耗和设备尺寸。

微流体平台已成为广泛领域的弹性工具，正在彻底改变研究的进行方式和可从样本中收集的信息的质量。凭借高通量和经济高效的制造，微流体系统可用于商业环境中的各种应用，例如药物筛选或患者特异性药物筛选。虽然目前微流体系统的应用范围有限，但该学科将迅速扩展到其他领域。