許聿翔老師研究團隊成果獲刊Lab on a Chip 封底

應(yīng)用力學(xué)研究所許聿翔老師與博士班學(xué)生李承哲，從食物真空密封袋的設(shè)計概念為發(fā)想，成功開發(fā)出薄膜型可自驅(qū)動的微流體系統(tǒng)，並驗證其可行性於微混合器的應(yīng)用。此項成果於2019年9月刊登於英國皇家化學(xué)學(xué)會微流體生醫(yī)系統(tǒng)研究指標期刊Lab on a Chip，並獲選為該年9月封底。

目前以微流體方法進行生醫(yī)、生物化學(xué)、環(huán)境監(jiān)測等目的之研究已為主要趨勢，擁有大量且廣泛的文獻資料，然而當前市面上發(fā)展成熟的項目及產(chǎn)品，依舊以毛細管力為主的試紙與試片為大宗，少有微流體晶片成功的案例。過去10多年來來學(xué)者們也都嘗試去分析與解讀為何微流體晶片的市場接受度不高，其中一個重要因素是如何建立出良好的檢測晶片與外界的聯(lián)繫介面(world-to-chip microfluidic interfacing)，是解決市場接受度及普及性的關(guān)鍵之一。

本研究利用過去所開發(fā)的薄膜熱壓印技術(shù)，可於塑膠薄膜上翻印出不同尺寸的微流道結(jié)構(gòu)，在封閉流道後將其置入一般塑膠空袋中進行真空封裝的步驟，即可完成一總厚度最薄為0.4毫米、重量最小為0.3克之可獨立運作微流體系統(tǒng)。而操作此晶片系統(tǒng)的方法相較於傳統(tǒng)實驗室常見的作法也有大幅度的簡化，使用者只需要在入口處滴上要進行混和的試劑及待測溶液，接著以短針刺在該處以破除儲存在袋內(nèi)的真空負壓，溶液便會因真空袋內(nèi)外壓力差而自動被吸入微流道之內(nèi)，達成驅(qū)動及混合的目的。整篇研究中，團隊探討不同的塑膠晶片設(shè)計、不同種類溶液對於此系統(tǒng)架構(gòu)下的填充特性，並與基礎(chǔ)理論及數(shù)值模擬相互驗證。此外也針對晶片系統(tǒng)可否長期儲存，以達到未來商品化的需求之可行性進行探討與檢驗。李承哲表示，關(guān)鍵在於如何用相當有限的元素達到你所想要達到的目標，在這裡指的是純粹利用塑膠薄片與大氣壓力，便可以調(diào)控超過千倍以上的微流體流速變化行為，相信這會是一項有相當有潛力的微流體操控技術(shù)。

本研究成功開發(fā)出可獨立運作的微流體系統(tǒng)並驗證其在微流體混合之可行性。同時本系統(tǒng)還具備可拋棄、低成本、輕薄主體、快速及操作簡易之優(yōu)點，且可針對不同使用情境，調(diào)控流道內(nèi)溶液流速與體積流率。於此同時研究團隊也積極進行如何將此一技術(shù)擴展至多相流填充、微粒濾除等微流體操作，期望未來能開發(fā)出整合性可攜式之個人化生醫(yī)檢測平臺，以實現(xiàn)快速篩檢與定點診療之目的。

本研究團隊感謝科技部計畫經(jīng)費支持

Lab on a Chip期刊全文
Vacuum pouch microfluidic system and its application for thin-film micromixers