如今,自动化研究是使用邮票大小的微流控芯片进行的。这些微型装置由数百万个微小粒子组成,这些粒子被捕获在水滴中,每一滴水滴都可作为单个实验的试管。液滴通过一个小通道,激光检查每个通过的液滴,每秒记录数千个实验结果。然而,问题是流向漏斗窄端的液滴可能会堵塞并发生碰撞,从而扰乱实验。“这是一个交通问题,就像多条车道的汽车都试图通过收费站一样”,斯坦福大学工程学院机械工程副教授 Sindy Tang 说。但她的实验室最近展示了如何使微流控实验更加高效。通过在漏斗底部附近放置微型环形交通圈来展示这一点,环形交通圈整齐地排列液滴,使它们能够快速通过系统,而碰撞更少。在《美国国家科学院院刊》上发表的一篇文章中,唐教授和她的团队详细介绍了研究结果。该团队由斯坦福大学工程系前学生艾莉森·比克 (Alison Bick) 领导。他们发现,在环形交叉路口系统中,液滴破裂的发生率要低一千倍。研究人员发现,环形交叉路口或环岛的精确位置是决定性变量:距离漏斗出口太远的环岛不会影响液滴破裂,但靠近出口的环岛最终会导致更多的碰撞和故障。唐教授说:“环形交叉路口的放置位置存在一个最佳点,可以最大限度地减少液滴流的破裂。”使用正确放置的环岛可以使实验效率提高 300%。
这项技术可以加快毒品检测速度,并带来许多其他好处。例如,3D 打印机的工作原理与此类似,它们将塑料液滴或其他乳液高速喷入细喷嘴,逐渐一层一层地构建结构。因此,这项技术可以证明是 3D 打印领域的突破性技术。这一发现的应用范围已从研究扩展到其他系统,涉及从一组生物细胞到各种各样的人等许多大小相似的物体之间的相互作用。这项工作也得到了美国国家科学基金会的支持。