微流控芯片接口发展历程

自上世纪 90 年代至今，起源于微机电系统的微流控技术在化学分析、生物医学、石油化工等领域得到了快速发展。微流控技术一般指的是在几十到几百微米的微结构中，操控或处理微量流体的技术，是一门新兴的交叉学科，涉及到机械工程、流体力学、化学、生物学、医学、材料学等不同学科。微流控芯片作为检测工具具有检测精度高、检测敏感度高、分析周期短、试剂用量少、检测费用低、分析设备小、功能集成化高、可视性好等特征，在体外诊断、药物筛选、器官芯片、细胞操控、食品安全检测、三次采油等领域得到了较为广泛的应用。

目前，由于微流控芯片基体材料的选择范围越来越宽，相应的微加工方法也层出不穷，如光刻、3D 打印、微铣削、激光烧蚀和注塑等，不同材质和微加工方法制备的微流控芯片对微流控芯片接口（chip-to-world connector）的通用化提出了挑战。本文所讨论的微流控芯片接口是指微流控芯片与外部设备（泵、传感器、预处理和分析设备）连接实现流体输运功能的连接接口（通常具有特定物理结构）。从现有微流控芯片的应用要求来看，微流控芯片接口须满足以下几个要求：易于制造、易于使用、死体积（dead volume）小（死体积指芯片内从进样口到出样口之间所有空间内，正常流体流动扫不到体积，如图 1 中 A 区域所示），此外，还需满足可靠性和通用性高等要求。

在微流控芯片的早期应用中，微流控芯片的流体进出接口通过胶粘剂与橡胶或硅胶软管直接相连，伴随着输入输出接口的增多和频繁插拔的需求，传统胶粘的连接方法使实验过程变得更为复杂，增加了诸多不可控因素，增加了实验失败风险。伴随微流控技术的发展，除胶粘方法外，还逐步出现了自锁连接、螺纹连接或上述连接技术的组合方法，最近几年3D 打印技术也被用于微流控芯片接口的制造。为了解决多路输入输出和频繁插拔的问题，研究者还提出了连接器系统（connector system）的概念（连接器系统指外界设备与微流控芯片连接的多输入输出的即插即用接口）。

自微流控技术出现起来，微流体相关行业就从未停止对于微流控芯片接口标准化的讨论。

早在 2004 年，Gartner 等建议将微流控芯片与生命科学常见实验室设备的接口进行统一标准化，即让微流控芯片遵循生命科学/分析化学实验室设备的接口标准。2014 年，为使微流控芯片的制造技术达到与电子设备同等成熟的工业化水平，多个公司联合启动了 ENIAC 联合项目，此项目中《微流体侧连接设计指南》和《微流体包装指南:电气连接》2 份文件

阐述了微流控芯片中流体连接和电气连接的方法，需要说明的是，这 2 份文件虽然提出了微流体设备和微流控芯片接口标准化的倡议，但是没有提出微流控芯片接口标准化的具体实施方案，也未投入实际应用。