可编程滴

麻省理工学院的研究人员开发出了一种硬件，它利用电场将化学溶液或生物溶液滴在一个表面上，将它们混合在一起，可以用来测试成千上万个平行的反应。

研究人员把他们的系统看作是生物研究中常用的微流体装置的替代品，生物溶液通过机械阀连接的微观通道被泵送。这种新的方法在计算规定的模式下移动解决方案，可以使实验更有效、更有效、更大规模地进行。

“传统的微流体系统用管、阀门和泵，”Udayan Umapathi说，在麻省理工学院媒体实验室的研究人员，谁领导了新系统的开发。“这意味着它们是机械的，而且它们总是断裂。三年前，当我在一家合成生物公司工作时，我发现了这个问题，我在其中制造了一些与它们相互作用的微流体系统和机械设备。我不得不照顾这些机器以确保他们没有爆炸。”

“生物是朝着越来越复杂的过程，我们需要技术来操纵小体积较小的液滴，”Umapathi说。泵、阀和管迅速变得复杂。在我造的机器里，我花了一个星期才安装了100个连接。假设您从100个连接到一百万个连接的机器。你不能手动装配它。”

他的新系统，Umapathi解释说，成千上万的水滴可以沉积在他的装置的表面，他们会自动左右移动来进行生物实验。

该系统包括软件，使用户能够在很高的概括性程度上描述他们希望进行的实验。然后软件自动计算液滴在表面的路径，并协调连续操作的时间。

操作员指定了实验的要求，例如，试剂A和试剂B需要混合在这些体积内并在这段时间内孵育，然后与试剂C混合。操作者没有说明液滴是如何流动或混合的。这都是由软件预先计算。”

Umapathi和他的合作者– Hiroshi Ishii的媒体艺术与科学的麻省理工学院的Jerome B. Wiesner教授；Patrick Shin和Dimitris Koutentakis，麻省理工学院的大学生在Ishii的实验室工作；和Sam Gen Chin，在实验室一个Wellesley大学生描述他们的新系统，在一篇发表在本月的在线期刊MRS的进展。

在过去的10年中，其他研究小组已经尝试了“数字微流体，或滴电操纵，进行生物实验。但是他们的芯片是用高端的蚀刻技术制造的，这些技术需要被称为洁净室的受控环境。Umapathi和他的同事们专注于降低成本。他们的原型使用了印刷电路板，一种商品电子设备，它由一个塑料板和上面的铜线组成。

研究人员的主要技术挑战是为电路板表面设计一种涂层，以减少摩擦，使水滴穿过它，从而防止生物或化学分子粘附到它上，这样它们不会污染未来的实验。电路板用电极阵列图案化。在这个原型中，研究人员给木板涂上了一层密度更大的微小球体，只有一微米高，是由憎水（憎水）材料制成的。水滴滑过球体的顶部。研究人员也在试验球体以外的结构，这种结构可能对特定的生物材料起到更好的作用。

因为设备的表面是疏水的，所以在它上面沉积的水滴自然会形成球形。充电电极将水滴向下拉，使其变平。如果一个扁平的液滴下面的电极逐渐关闭，当电极旁边的电极逐渐打开时，疏水材料就会把液滴推向带电电极。

移动的液滴需要高电压，大约在95到200伏之间。但300次，带电电极在麻省理工学院的研究人员设备之间交替的高电压、低频（1-kilohertz）信号和高频（200千赫）信号伏。高频信号使系统能够确定液滴的位置，基本上使用与触摸屏手机相同的技术。

如果液滴运动速度不够快，系统会自动提高低频信号的电压。从传感器信号，系统还可以估计液滴的体积，连同位置信息，允许它跟踪反应的进展。

Umapathi认为，数字微流控技术可以大幅削减普通工业生物实验步骤的成本。比如制药公司，会经常在平行进行多次实验，使用配备有几十个甚至几百个移液器的机器人，小的测量管，而细长的眼药水。

“如果你看看药物研发公司，一个移液机器人采用一百万吸头一个星期，”Umapathi说。“这是造成新药成本的一部分。我开始开发一些液体检测，可以减少移液操作的100倍。”

“在过去的15, 20年里，在公司总的趋势是朝着更小的体积，因为他们有更大的复用能力，”Charles Fracchia说，biobright的创始人和首席执行官，这家公司开发的信息系统来管理现代的数据所产生的财富，大量的生物实验。“当涉及到数字微流体Udayan做它的方式，这是一个有效的廉价版，这是片面的而不是被夹在两个电极之间。我不想称之为DIY生物，但它的成本更低，更简单的仪器，更容易访问。他肯定比那个[早期的系统]做得好得多。令人兴奋的是，他设法用较低的电压做了这件事，而且他能用一个电极做这件事是令人兴奋的。”