微流控 ( microfluidics ) 是一種以在微納米尺度空間中對流體進(jìn)行精確操控為主要特征的科學(xué)技術(shù)，具有將生物、化學(xué)等實(shí)驗(yàn)室的基本功能諸如樣品制備、反應(yīng)、分離和檢測等微縮到一個(gè)幾平方厘米芯片上的能力，其基本特征和優(yōu)勢是多種單元技術(shù)在整體可控的微小平臺(tái)上靈活組合、規(guī)模集成。該技術(shù)通過對流量的控制，實(shí)現(xiàn)化學(xué)分析、藥物篩選、細(xì)胞培養(yǎng)、基因檢測等多種功能，在時(shí)間和空間上為實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)研究分子濃度控制帶來了全新的技術(shù)解決方案。

微流控的兩項(xiàng)主要應(yīng)用為POCT和生物制藥科研（包括測序、基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)）。根據(jù)Nova One Advisor報(bào)告，2023年全球微流控產(chǎn)品市場規(guī)模達(dá)到321.7億美元，2024至2033年期間的年復(fù)合增長率可達(dá)12.24%，預(yù)計(jì)2033年將達(dá)到1020.8億美元。同時(shí)，微流控設(shè)備的市場規(guī)模在2024~2033年，年復(fù)合增長率為12.56%。可以預(yù)見，微流控芯片技術(shù)將在生物醫(yī)藥的科研與實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮巨大作用。

現(xiàn)階段，微流控技術(shù)主要應(yīng)用在即時(shí)檢驗(yàn)和生物制藥、生命科學(xué)研究等領(lǐng)域。隨著微納3D打印技術(shù)的迭代發(fā)展，其可快速將模型數(shù)據(jù)形成實(shí)物，具有簡化步驟，縮短論證時(shí)間和開發(fā)周期等優(yōu)勢，為微流控技術(shù)研發(fā)提供了更廣闊的創(chuàng)新空間。

細(xì)胞外納米載體（包括細(xì)胞外囊泡（EVs）、脂蛋白和核糖核酸蛋白）在蛋白質(zhì)和核酸的細(xì)胞間通訊中發(fā)揮媒介作用，并且作為循環(huán)生物標(biāo)志物在臨床上具有適用性。然而，由于納米載體在大小和密度上的重疊，使得迄今為止難以有效地進(jìn)行物理分離，這進(jìn)而阻礙了對下游分子的分析。

基于此，來自美國圣母大學(xué)的Hsueh-Chia Chang教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種無偏差、高通量和高產(chǎn)量的連續(xù)等電位分離納米載體分離技術(shù)。該技術(shù)基于它們的等電點(diǎn)。這個(gè)納米載體分離平臺(tái)通過在雙極膜上進(jìn)行水的分解提供了一個(gè)強(qiáng)大且可調(diào)節(jié)的線性pH剖面，并通過流動(dòng)穩(wěn)定化，而無需使用兩性電解質(zhì)。

雖然研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)針對關(guān)鍵納米載體在干擾緩沖液中校準(zhǔn)了pH流出范圍，但納米載體的等電點(diǎn)可能在血漿和其他生理液體中發(fā)生變化。為了考慮等電點(diǎn)的變化并實(shí)現(xiàn)精細(xì)分離，需要進(jìn)行繁瑣的調(diào)整，從pH梯度芯片中選擇所需的pH范圍，然后進(jìn)行視覺檢查和與pH參考表的比較。

為了減少驅(qū)動(dòng)的偏差并提高設(shè)備重復(fù)性，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種自動(dòng)CIF分析器。這是一種利用機(jī)器學(xué)習(xí)的平臺(tái)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化的pH檢測，可以針對不同的生理流體和納米載體進(jìn)行重新校準(zhǔn)。該分析器的工作流程由兩個(gè)主要模塊組成：圖像分割模塊和pH檢測模塊。圖像分割模塊通過機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)來識(shí)別ROI，而pH檢測模塊則通過應(yīng)用專門開發(fā)的校準(zhǔn)曲線，為ROI內(nèi)的每個(gè)像素分配pH值，從而創(chuàng)建出ROI的空間pH分布圖。

研究團(tuán)隊(duì)采用摩方精密面投影微立體光刻（PμSL）高精度3D打印技術(shù)制作出CIF微流控平臺(tái)。優(yōu)化后的技術(shù)具有0.3 ΔpI的分辨率，足以分離所有納米載體甚至納米載體的亞類。然后使用包括血漿、尿液和唾液樣本在內(nèi)的幾種生物流體對其性能進(jìn)行評估。在30分鐘內(nèi)，從各種生物流體的0.75 mL樣本中實(shí)現(xiàn)了全面、高純度（血漿：>93%，尿液：>95%和唾液：>97%）、高產(chǎn)率（血漿：>78%，尿液：>87%和唾液：>96%）和無探針的核糖核酸蛋白分離，明顯超越了那些產(chǎn)量較低且需要較長時(shí)間的高偏差黃金標(biāo)準(zhǔn)。EVs和不同脂蛋白的二元分離也實(shí)現(xiàn)了類似的性能。

該研究為利用3D打印微流控芯片進(jìn)行疾病監(jiān)控提供了全新視角。該研究工作以“A Scalable High-Throughput Isoelectric Fractionation Platform for Extracellular Nanocarriers: Comprehensive and Bias-Free Isolation of Ribonucleoproteins from Plasma, Urine, and Saliva"為題，發(fā)表在國際著名期刊《ACS Nano》上。