微流體是指微尺度設備中的流體操縱。通常稱為“片上實驗室”，微流體系統(tǒng)用于研究和分析非常小規(guī)模的化學或生物樣品，取代用于傳統(tǒng)生物分析的極其昂貴和繁瑣的儀器。通過麻省理工學院技術評論，2001年將“改變世界的10項新興技術”列入其中，微流體被認為是生物學和化學的革命性，因為微處理器已經(jīng)用于電子和IT，它適用于巨大的市場。

今天，這個年輕的學科，在2000年代開始以微通道網(wǎng)絡組成的封閉系統(tǒng)開始起飛，它本身正在被綜合理工學院和麥吉爾大學的研究人員發(fā)現(xiàn)的根本改變，這加強了理論和實驗基礎。開放空間微流體學。

這種消除通道的技術與傳統(tǒng)的微流體技術在某些類型的分析中具有良好的競爭優(yōu)勢。實際上，閉合通道微流體裝置的經(jīng)典配置提供了若干缺點：通道橫截面的規(guī)模增加了細胞在培養(yǎng)時所經(jīng)受的應力; 它們與細胞培養(yǎng)標準 - 培養(yǎng)皿不相容，這使得該行業(yè)很難采用它。

Polytechnique和McGill大學研究人員探索的新方法基于微流體多極(MFM)，這是一種同時流體吸入系統(tǒng)，通過非常小的表面上相對的微開口吸入系統(tǒng)，放置在厚度小于0.1 mm的狹窄空間內(nèi)。“當它們彼此接觸時，這些流體噴射形成的圖案可以通過用化學試劑染色來看到，”Gervais教授說。“我們希望了解這些模式，同時開發(fā)一種可靠的MFM建模方法。”

優(yōu)雅的視覺對稱重現(xiàn)藝術家MC ESCHER的工作

為了理解這些模式，Gervais教授的團隊必須為開放的多極流開發(fā)一種新的數(shù)學模型。該模型基于稱為共形映射的經(jīng)典數(shù)學分支，通過將其簡化為更簡單的幾何形狀來解決與復雜幾何相關的問題(反之亦然)。

博士生ÉtienneBoulais首先開發(fā)了一個模型來研究多流偶極子(只有兩個開口的MFM)中的微噴射碰撞，然后依靠這個數(shù)學理論，將模型外推到具有多個開口的MFM。“我們可以用象棋游戲進行類比，其中有一個版本有四個玩家，然后六個或八個，應用空間變形同時保持相同的游戲規(guī)則，”他解釋道。

“當受到共形映射時，流體噴射碰撞產(chǎn)生的圖案形成了對稱的圖像，讓人想起荷蘭藝術家MC Escher的畫作，”這位對視覺藝術充滿熱情的年輕研究員補充道。“但遠遠超出其美學吸引力，我們的模型允許我們描述分子在流體中移動的速度以及它們的濃度。我們?yōu)槎噙_12個極點的所有可能系統(tǒng)配置定義了有效規(guī)則，以產(chǎn)生多種多樣的流動和擴散模式。“

因此，該方法是一個完整的工具箱，不僅可以模擬和解釋MFM中出現(xiàn)的現(xiàn)象，還可以探索新的配置。由于這種方法，現(xiàn)在可以實現(xiàn)開放空間微流體測試的自動化，這種測試到目前為止只是通過反復試驗進行過探索。

使用3D打印制作設備

MFM設備的設計和制造由Pierre-Alexandre Goyette完成。該設備是一種由樹脂制成的小探針，采用低成本的3D打印工藝，并連接到泵和注射器系統(tǒng)。

“Juncker教授團隊在固定在表面上的抗體檢測蛋白質(zhì)方面的專業(yè)知識對于管理該項目的生物學方面非常寶貴，”生物醫(yī)學工程博士生說。“通過分析獲得的結(jié)果驗證了我的同事Étienne開發(fā)的模型的準確性。”

該裝置允許同時使用多種試劑來檢測同一樣品中的各種分子，這為生物學家節(jié)省了寶貴的時間。對于某些類型的測試，分析時間可以從幾天減少到幾個小時，甚至幾分鐘。此外，該技術的多功能性應使其可用于各種分析過程，包括免疫學和DNA測試。

走向微流體顯示器?

Gervais教授的團隊已經(jīng)在考慮他的項目的下一步：開發(fā)一個顯示化學圖像的屏幕。

“這將是液晶顯示器的一種化學等價物，”Gervais教授解釋說。“就像我們在屏幕上移動電子的方式一樣，我們會發(fā)送各種濃度的流體射流，這些流體會與表面發(fā)生反應。它們會形成一個圖像。我們很高興能夠推進這個項目，為此我們已獲得臨時專利。“

重新診斷程序和醫(yī)療處理后續(xù)行動

目前，該研究團隊開發(fā)的技術針對的是基礎研究市場。“我們的工藝可以同時將細胞暴露于許多試劑中，”Gervais教授說。“它們可以幫助生物學家大規(guī)模研究蛋白質(zhì)和試劑之間的相互作用，從而增加分析過程中獲得的信息的數(shù)量和質(zhì)量。”

他解釋說，隨后，醫(yī)藥市場也將能夠受益于這一發(fā)現(xiàn)所帶來的篩選系統(tǒng)自動化的新方法。最后，它通過促進患者細胞培養(yǎng)和接觸各種藥物來確定哪些藥物最佳反應，為藥物發(fā)現(xiàn)開辟了一條新途徑。