液滴微流體：從概念驗證到實際應用？

　　液滴微流體技術構成了一個多樣化的實用工具集，使化學和生物實驗能夠在高速和高效率的情況下完成。事實上，近年來，基于液滴的微流控工具在材料合成、單細胞分析、RNA測序、小分子篩選、體外診斷和組織工程等方面都取得了良好的應用效果。

　　來自蘇黎世聯邦理工學院 (ETH Zurich)的Andrew J. deMello課題組曾于2011年在《Chemical Communications》上發表了一篇綜述文章探討了液滴微流體技術問世后第一個十年的發展，重點放在"出現"階段的技術，強調建立功能組件(如液滴發生器、合并器、分離器和陷阱)，通往可控制分隔的路徑，以及應用簡單的生物和化學問題。近日，他們再次在《Chemical Communications》上發表了綜述文章，闡述了此后8年間液滴微流體技術的發展，重點介紹了液滴操作和檢測方法的創新，更重要的是，基于液滴的微流體技術在實現新科學方面產生了最大的影響，該文章題為"Droplet microfluidics： from proof-of-concept to real-world utility？"。

　　液滴微流體技術具有使用樣品體積小、可以整合不同功能于一體、可以控制熱量和質量傳播等特點，隨著技術的不斷成熟還克服了困擾著連續流動(或單相)微流體系統的泰勒色散、表面-分子相互作用和混合緩慢等問題。此外還具有極高的液滴產生頻率(高達數百千赫)，能夠以快速有效的方式控制液滴的有效載荷，并可獲得亞毫秒級的混合時間，這為超高通量實驗提供了技術支持。

　　近8年來液滴微流體技術主要在以下領域備受關注：包括液滴的操縱（包括混合、分裂、融合、共孵育、在注射、包封、篩選、分隔等）、小體積樣品檢測（包括熒光、拉曼光譜、紅外光譜等的光學檢測、包括電容式傳感器、電勢測定法、技術電流法等的電化學檢測以及聯用檢測）。

　　此外，該技術為多個領域的發展帶來了突破性進展，比如單細胞實驗（包括直接、快速、大規模的孵育、檢測、操縱和篩選細胞，單細胞RNA測序，蛋白表達和代謝組學分析等）、核酸檢測和分析（以數碼液滴PCR最出名，目前已經有相應的商業產品在分子生物學實驗室廣泛使用）、液滴編碼（液滴編碼測序已經成為編碼技術領域的最新技術之一）、功能材料合成（基于其快速混合、對顆粒成核生長的高度控制的特點，在一系列納米材料的合成和修飾中廣泛使用）。

　　總結與展望

　　基于液滴的微流體平臺現在通常包含大量功能部件，允許在一系列化學和生物系統上進行復雜的實驗；在過去的八年里，人工智能(AI)作為一種革命性的工具出現在化學和生物科學領域，也為液滴微流體技術提供了機會，目前深度學習和強化學習算法已經在基于液滴的微流體系統中得到了很好的應用。基于液滴的微流體技術無疑是化學和生物科學領域一個重要的、健壯的、嵌入式的技術平臺；盡管仍有許多潛力有待開發，但液滴微流體技術現在已經成為化學和生物研究中不可或缺的工具。