预编程的微流体系统提供了新的控制功能

2019-10-24 11:17:24　来源：新媒体传播网

微流体系统具有彻底改变医学，能源，电子学乃至太空探索的能力。但是，控制这些四分之一尺寸设备所需的外部设备的绝对大小限制了它们在便携式可穿戴技术中的使用。

现在，西北大学的研究人员正在推动微流控技术更接近其真正潜力。

在最近的一项研究中，研究人员发现了如何以一种控制流体如何在整个微管中流动和混合的方式对设备的网络结构进行预编程。结果?迈向智能设计的微流控系统，该系统的行为就像计算机芯片一样，无需依赖外部组件。

这项研究的资深作者西北航空的阿迪尔森·莫特说：“当前的微流体技术通常需要一个装有设备的台式机才能运行四分之一的大小。” “我们采用了外部系统提供的控制，并将其内置到设备的结构中。”

该研究于今天(10月23日)发表在《自然》杂志上。Motter是西北大学温伯格文理学院的Charles E.和Emma H. Morrison物理学教授。莫特实验室的研究生丹尼尔·凯斯(Daniel Case)是该论文的第一作者。西北团队与圣路易斯大学和法国诺曼底大学的合作者一起工作。

微流体系统是由管道网络组成的微型化工厂，每个管道都是一束头发的宽度。这些设备的应用范围从进行小型实验到执行复杂的医学诊断，药物输送和健康监测

问题是，为了执行复杂的测试和实验，多种流体需要在这些微小的网络内流动，混合，反应，分离和切换方向。每个活动都需要一个压力泵，并且每个泵都由一个外部设备控制。在过去的几十年中，研究人员一直在苦苦挣扎，试图(通常是失败)哄骗流体在不需要外部设备的情况下自动通过这些网络。

凯斯说：“想象一下能够打包设备并将它们放在太空漫游车上。” “您可以在火星上进行化学分析。但是需要所有这些外部设备的负担确实限制了这种可能性。”

Motter，Case及其合作者最终设计了一个微流体网络，其中所有混合序列均已预先编程。在他们的设计中，一种施加压力的源而不是专用设备来控制网络中的流体。通过设计需要多少压力以及施加压力的位置，研究人员预先确定了流体如何流过网络。

该团队还通过去除系统中一个类似毛发的通道来提高流体的流速。凯斯(Case)将其比作Braess悖论，这是著名的数学观察，即从交通网络中拆除道路可以改善交通流量。

Case说：“在这些网络中，您从多个连接的管道中获得了流体流。” “流体在连接处相互碰撞，这些碰撞会导致效率低下，因此网络中的连接会引入局部的拥塞区域。当删除创建这些连接的通道时，也会去除碰撞点。”

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