近年來(lái)，微流控技術(shù)的出現(xiàn)改變了在試管中混合生物和化學(xué)化合物的標(biāo)準(zhǔn)方法。這個(gè)創(chuàng)新領(lǐng)域結(jié)合了微納米技術(shù)、生物化學(xué)、工程和物理學(xué)的原理，以在微米尺度上操縱流體的行為，在像郵票一樣小的芯片上進(jìn)行傳統(tǒng)上費(fèi)力的實(shí)驗(yàn)室工作。

微流控技術(shù)為即時(shí)診斷的實(shí)時(shí)、高通量測(cè)試提供了一種新途徑，有助于從微小樣本中識(shí)別毒素或危險(xiǎn)病原體。在實(shí)驗(yàn)室之外，從噴墨打印機(jī)頭到妊娠試驗(yàn)，各種技術(shù)都支持微流體技術(shù)。雖然比傳統(tǒng)方法更精簡(jiǎn)，但仍然存在限制微流體實(shí)驗(yàn)效率的限制。

對(duì)于微流體中使用的基于乳液的樣品，每個(gè)單獨(dú)的液滴代表一個(gè)實(shí)驗(yàn)?？梢詫?duì)每個(gè)液滴進(jìn)行分析，因此任何損壞的液滴都反映了失敗的實(shí)驗(yàn)。通過(guò)最大限度地減少液滴碰撞和破碎，可以提高微流體系統(tǒng)的吞吐量和效率。

交通圈減少微流控芯片擁堵，當(dāng)液滴從寬通道漏斗進(jìn)入狹窄通道（料斗室）時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)擁塞和碰撞，導(dǎo)致液滴破裂。“這是一個(gè)交通問(wèn)題，就像多條車道的汽車試圖擠過(guò)收費(fèi)站一樣，”斯坦福工程學(xué)院的 Sindy Tang 說(shuō)。

為了克服這一限制，Tang和她的團(tuán)隊(duì)利用了剛性粒子行為中的一個(gè)已知現(xiàn)象，即上游障礙物或“交通圈”抑制了粒子堵塞。這種令人驚訝的觀察結(jié)果可以在糧倉(cāng)或疏散房間的人中看到，但這種行為尚未在軟顆粒中得到驗(yàn)證。

Tang和她的團(tuán)隊(duì)由前斯坦福大學(xué)工程學(xué)研究生 Alison Bick 領(lǐng)導(dǎo)，在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上報(bào)告了這種現(xiàn)象的可轉(zhuǎn)移性。在他們的實(shí)驗(yàn)中，他們通過(guò)幾何受限的二維漏斗室灌注油包水液滴，芯片上嵌入了不同大小和位置的障礙物。

當(dāng)障礙物被最佳放置時(shí)，液滴首先在障礙物和側(cè)壁之間變形，然后在通過(guò)狹窄的腔室收縮之前放松。“障礙物的放置有一個(gè)最佳位置，可以最大限度地減少液滴流中的破裂和碰撞，”tang解釋道。與沒(méi)有障礙物的芯片相比，位于最佳位置的交通圈將液滴破裂頻率降低了一千倍。

實(shí)驗(yàn)效率、通量和穩(wěn)健性的這種顯著改進(jìn)可以減少執(zhí)行基于液滴的微流體分析所需的時(shí)間，包括數(shù)字 PCR 測(cè)試和抗生素篩選。研究人員的發(fā)現(xiàn)也可能對(duì)更遠(yuǎn)的領(lǐng)域產(chǎn)生影響，例如，在乳液或泡沫材料的 3D 打印中，在保持出口液滴尺寸和均勻性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)更快的流速。

該團(tuán)隊(duì)的結(jié)論是，通過(guò)在“最佳位置”放置障礙物，可以實(shí)現(xiàn)有序的液滴流動(dòng)。該解決方案的優(yōu)雅在于其簡(jiǎn)單性，使其可以方便地在其他微流體平臺(tái)中實(shí)施。