在微流控芯片上造一个美术馆

作者：as center

文 GINTOKI , 石锅拌大蒜

提到实验室，大家一定都不陌生，不论文科理科生，在学校的时候多多少少去过一两次。实验室里的器材设备琳琅满目，操作方式繁复而严谨，在这个讲究极简美学、流行量子力学的时代，我们似乎可以更大胆的去跳脱传统概念，那么一个实验室可以简单到什么程度呢？

微流控芯片。来源：wiki

如上图所示，宛如蒙德里安的当代艺术一般，几何线条延展在晶莹剔透的玻璃樽中，这就是由微流控技术实现的“芯片上的实验室”。

麻雀虽小，五脏俱全。在几平方厘米的芯片中包含不同功能的通道、泵、阀、混合室、化验区等，通过集成电子微控制器的操控，实验液体在这些区域中穿梭，在微观尺度上精确的混合、反应和分离，过去需要大型设备、特定环境、复杂操作的实验和观察，现在使用微流控芯片就可以极精确、高效率、低污染的完成，广泛应用于临床检验医学、生物化学和分子生物等领域。

按照控制方式来说，微流控芯片可分为被动式和主动式两种。

被动式微流控更多由自然力控制，或者可以说是只有微流没有控，利用液体本身在微管道中发生的毛细现象，在液、固、气三相界面上液面弯曲产生的作用力，使液体产生定向的流动。主要应用于简单的检测项目。

利用被动式微流控技术的验孕棒。来源：wiki

Savahhah Szemethy制作的微流控艺术，两种颜色的液体在微流管道中由自然力牵引流动呈现爱因斯坦肖像。来源：

https://savannahszemethy.wixsite.com/microfluidicart

主动式微流控是更被业内认可的“真正的”微流控，既有微流又有控，即前文提到的，通过芯片内部精密的反应腔与阀门装置，精准控制液体反应。主动式微流控往往是为了满足更加复杂的实验过程要求的，比如分子检测。

微流控芯片。来源：wiki

阿尔伯特·福尔奇（AlbertFolch）是华盛顿大学的生物工程系教授，从事微流控研究工作。他的团队致力于利用数字制造技术（3D打印、激光切割）设计、制作微流控设备。该团队开发了一款微流控设备，通过少量肿瘤活检样本，即可帮助医生筛选最适合患者情况的药物混合体，大大降低了药物测试的成本。
“肿瘤芯片”，每个槽中都含有不同的药物，这些药物被泵送到放置肿瘤样本的中心。来源：Albert Folch
流体在通道为100纳米（nm）-500微米（μm）时，雷诺系数（惯性力与粘性力的比）会变得很小，液体发生层流，几束并行的流体并不会混合。喜好艺术的福尔奇教授在实验过程中注意到了这种在宏观世界很少见的景象，灵感迸发，遂将这些景象用摄影的方式记录下来，用精妙的艺术手段来展现这项精密的科学技术。
蒙德里安参观实验室的那天。作者：Chris Sip和Albert Folch
微流控火箭。来源：FolchLAB
彩色迷宫。来源：FolchLAB
层流梯度。来源：youtube
流动的不止液体，还有音乐。福尔奇教授利用微流体芯片为我们献上了一场微流芭蕾秀，与其说是芭蕾不如说是微型的“音乐灯光喷泉秀”。
七股彩色染料的水平分布对应着音乐相应的高中低七个频率，随着音乐的进行，当某个频率的音量高于阈值时，对应的微型阀开启，染料喷涌而出，与音乐完美契合。当不同颜色染料汇合时，由于层流现象，不会相互混合，仿佛缓慢流动的印象派画作。音画还蛮治愈的，请大家调到舒服的音量尽情欣赏。