微流控芯片的层流与液滴的关系与作用

微流控（Microfluidics）指的是使用微管道（尺寸为数十到数百微米）处理或操纵微小流体（体积为纳升到阿升）的系统所涉及的科学和技术，是一门涉及化学、流体物理、微电子、新材料、生物学和生物医学工程的新兴交叉学科。因为具有微型化、集成化等特征，微流控装置通常被称为微流控芯片，也被称为芯片实验室（Lab on a Chip）和微全分析系统（micro-Total Analytical System）。微流控的早期概念可以追溯到19世纪70年代采用光刻技术在硅片上制作的气相色谱仪，而后又发展为微流控毛细管电泳仪和微反应器等。微流控的重要特征之一是微尺度环境下具有独特的流体性质，如层流和液滴等。借助这些独特的流体现象，微流控可以实现一系列常规方法所难以完成的微加工和微操作。目前，微流控被认为在生物医学研究中具有巨大的发展潜力和广泛的应用前景。作为微流控技术应用最广泛的微液滴技术与微流控的层流之间有哪些关系和作用呢？
层流与液滴的关系：
层流：在微流控系统中，流体通常以层流（Laminar flow）的形式流动。层流是一种流体流动状态，其中流体的流动速度在垂直于流动方向的截面上是均匀的，没有横向的流动。在层流状态下，流体的流动是有序的，没有涡流和湍流现象。

液滴：在微流控系统中，液滴是通过将液体分割成微小的单位来实现的。液滴的形成可以通过多种方式实现，如流体聚焦、电液动力学等。液滴的尺寸通常在微米到毫米级别，可以用于封装细胞、分子等生物样本。
关系：在微流控系统中，层流和液滴是密切相关的。层流的稳定性和控制性使得液滴能够在微流控通道中稳定地形成和传输。液滴的形成和控制依赖于层流的特性，如流体的黏度、流速等。通过精确控制流体的流动，可以在微流控通道中形成规则的液滴流。
单细胞分选时，层流或液滴的作用：
层流：在单细胞分选过程中，层流提供了一个稳定的流体环境，使得细胞能够在微流控通道中有序地流动。通过精确控制流体的流速和压力，可以实现细胞的精确输送和定位。此外，层流还有助于减少细胞之间的碰撞和干扰，提高分选的准确性。

液滴：在单细胞分选中，液滴起到了关键的作用。液滴可以作为细胞的载体，将单个细胞封装在独立的液滴中。这种方法不仅可以保护细胞免受外界环境的影响，还可以实现对细胞的精确操控和分析。通过控制液滴的形成和合并，可以实现对细胞的精确分选和分离。
作用：在单细胞分选过程中，层流和液滴的结合使用可以提高分选的效率和准确性。层流提供了一个稳定的流体环境，而液滴则提供了一个封闭的微环境，使得细胞可以在微流控通道中被精确地操控和分析。通过这种方式，可以实现对单个细胞的高效分选和分析，从而在生物医学研究和诊断中发挥重要作用。
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审核编辑 黄宇