对1微升流体物的一部分进行操控已经被公认为是化学领域一个新的分支学科——“芯片实验室”的研究内容。现在已有一些成型的由微管网络构成的芯片，他们可以通过管、阀、反应室、色谱仪输送微滴液体。热门论文5揭示了这一领域最终可能取得的成就。该文章对一种能够对化学研究、案件侦破尤其是医学诊断等带来变革的独特装置进行了介绍。利用该装置，通过微量的汗液、唾液、眼泪可以推断出疾病的诱因或治疗的进展程度。
这是对微流大规模集成器件进行论述的首篇文章。作者把微流大规模集成器件可能带来的诸多复杂问题与集成电路作了对比说明。这篇文章是由位于帕萨迪纳市加州理工学院的StephenQuake和他的学生SebastianMearkl以及ToddThoren（现在在MIT）完成的。它向人们展示了如何利用集成微流网络构建比较仪器序列和存储设备。该设备的功能类似于电脑中的随机存储器。Caltech研究小组已经制作出带有数千阀门和上百个腔室的硅树脂材料装置，在这些腔室可以进行不同的化学反应。该装置所用的芯片是由硅酮橡胶(聚二甲基硅氧烷)制成，它不仅能使流体注入装置所通过的钢阀周围形成密封，而且与用硬材料制成的“芯片实验室”相比有更多的优点。
论文5描述的微流装置带有上千个独立的腔室，这些腔室排列在一个25×40的阵列里，通过3574个微阀控制。每一个腔的体积是250pl（=0.25nl=0.00025µl）。阀系统使每一个腔室的灌注与相邻的腔室保持独立。芯片通过单一的输入口进行加载，之后通过压力控制液流。这种新型的芯片具有从未预料到的复杂性，它有两个连续的控制层，一层控制填充阵列腔室，另一层独立地控制每个腔室。文章5阐述了腔体被如何填充或是选择性地排空，这一点是借助于缓冲蓝色染料来完成的，通过染料可以产生带有加州理工学院首字母──CIT的微流显示。接管显示的突出优点就是一旦画面确定，装置只消耗很少的能量。
Quake和他的学生还制作了另一种可进行更复杂流体控制的装置。在该装置中，可以独立地加入并混合两种不同的化学试剂，而反应的生成物分离，可以使在256个反应腔室中进行不同的分析成为可能，每种分析所需的反应物不到1纳升。他们通过向装置填充蓝色和黄色染料的方法证明装置的工作情况，分别注入两种染料，染体被引入腔室并在此混合从而形成一种棕色的溶液，这种溶液可根据要求从腔室中清除，清洗物通过具有显著低黏度性质的聚醚醚酮管收集。或许更令人感到惊奇的是整个装配只需要18个连接就可与外界相通。
最近，Quake已研制出一种纳升核酸处理器（参阅J.W.Hong,etal.,NatureBiotech.,22[4]: 435-9，2004）以及微流整流器（参阅A.Groisman,etal.,Phys.Rev.Lett.,92[9]:094501，2004）。在与SCIENCEWATCH杂志交流时他预见未来会极其令人兴奋，他说:“我们相信，就像集成电路可以实现数学和计算自动化操作一样，我们现在已经有了使生物科学自动化的工具。”同时，他已经开始探索这些理念的实际应用。正如Quake所说，如果文章5中报道的高密度微流芯片与20世纪50年代发明的印制在半导体上的集成电路有相似性的话，那么在随之而来的几十年里，化学以及与之相关的学科将会经历像计算处理一样深刻的变革。(www.xing528.com)
翻译:朱海峰 审校:马建华
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