CD Microfluidics：随身听（Discman）是如何成为医疗诊断设备的

当我开始追求成为一名生物医学工程师时，我最终会想到的一件事就是微流控技术。加州大学Dr.Mad Madou的Bio-MEMS实验室擅长并专注于被称为光盘或CD微流控的微流体特定领域。我在实验室中最美好的回忆之一就是在TedxTalks上观看Madou博士的视频，描述他如何将索尼Discman变成医疗诊断设备，我能想到的只有......“什么是Discman？”

CD微流控与离心机系统有些相关，其中CD微流控基于产生的离心力，因为微流控芯片通常使用马达的中心轴旋转。因此，不需要横向流动微流体中常见的大量泵和软管。像西门子，三星这样的公司，甚至是Theranos公司的都清楚表明CD微流控芯片构成了微流控市场的一部分。最近的一份出版物估计，到2025年，北美微流控市场预计将达到约1.25亿美元，年增长率为18。

医疗行业采用微流控技术，如护理（POC）诊断，免疫，基因分型和测序和基因芯片分析的实施推进。如果你做一个快速搜索，你会发现各种利用离心微流控技术的公司都专注于POC诊断。CD微流控技术使相关设备和系统具有便携性，低成本和易于使用的特点; 使其成为POC诊断应用的理想选择。然而，还有一些问题阻碍了这项技术成为下一件大事。由于这些系统试图完成开发完整微整体分析系统（μTAS）的关键要素，如整合多流体和分析步骤，样品制备和其他支持技术，这些系统工程设计的复杂性增加很大。

什么是索尼Discman CD微流体？

CD微流控使用离心，科里奥利和欧拉力相对于旋转参照系来处理流体流动。流体流动背后的主要驱动力是使流体从盘的中心径向向外移动的离心力。流体流动的这种单向性是CD微流体的主要缺点之一。为了能够以对医疗系统中必需的服务和设备至关重要的方式来控制和操纵流体流动，已经并且仍在进行充分的研究。流体控制的包括阀门，泵送和混合; 所有这些对于测序不同的流体过程都很重要。然而，这些单向缺陷可能妨碍在商业产品中推广。

图1：示例五层光盘组件。层1,3和层5通常是硬塑料的。层2,4和双面压敏粘合剂（PSA）。

图1所示的五层光盘组件强调了一些相关的困难。层1,3和5通常由硬塑料材料制成，而层2和4通常是双面压敏粘合剂（PSA）。设计中使用的通道和腔室占用不同的层数，以最大限度地提高工作面积，因为CD微流体中存在小型实体。此外，随着层数增加，这些圆盘的组装中的复杂性显着增加，因为每层必须正确对准并且必须确保层之间的足够粘附以防止意外泄漏。通常情况下，在研究实验室中，磁盘是通过数控加工制造的，这可能导致周转时间长并且成本高昂。理想情况下，在商业环境中，应使用注塑技术制造CD微流体盘，以确保一致性，可重复性和每单位的低成本。然而，由于流体控制和操作以及制造技术的发展，CD微流控系统在潜在应用方面已经取得了巨大飞跃。例如，在2014年，罗伊等人。展示了一种全热塑性整合式样品到离心的微流体实验室在盘（LoD）系统，用于核酸分析。在完整的测定包括细胞裂解，聚合酶链反应（PCR）扩增，扩增子的消化，并在塑料支持所有这些微阵列杂交中如图2所示。Mishra等人提出的另一个例子。描述了来自全血的多分析物前列腺癌生物标志物免疫测定组的自动化。这两种情况突出了CD微流体药物作为医疗系统中现有技术的可行替代品的潜力。

图2：Lab-on-Disc设备的显示，显示了四个平行测试以及各个组件，指示裂解，PCR扩增，外切核酸酶反应，微阵列杂交等功能。

展望和结论

随着研究人员逐渐从对流体控制和操纵技术发展的重视转向完整CD微流控系统的工程设计，最终将开发出更好的替代解决方案。微流控技术成为医疗行业的标准只是时间问题。虽然要优化这些系统的商业化还有很多工作要做，但北美和全球微流控设备市场的增长将推动研发工作将概念验证设备推向市场。CD微流体技术的未来挑战包括电化学传感器的整合以及能够实现完全自动化的整个系统的开发。虽然与分析相关的成本通常在较大规模的系统中是昂贵的，由于微流体中使用的体积较小 集成电化学传感器或光学传感器可能会进一步降低未来系统每次使用的成本。作为在这个领域几乎没有开始职业生涯的人，这是一个令人兴奋和非常幸运的机会，成为可能引发医疗行业革命的一部分。