中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)(簡(jiǎn)稱“中國(guó)科大”)的研究團(tuán)隊(duì)在微流動(dòng)技術(shù)這一前沿交叉領(lǐng)域持續(xù)深耕,取得了一系列具有國(guó)際影響力的重要研究進(jìn)展,有力推動(dòng)了該技術(shù)在基礎(chǔ)科學(xué)探索與工程應(yīng)用方面的邊界拓展。
微流動(dòng)技術(shù),通常指在微米尺度通道內(nèi)操控微小體積流體的科學(xué)與技術(shù),因其在高效傳質(zhì)傳熱、精確反應(yīng)控制及單細(xì)胞/單分子分析等方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì),已成為化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)及環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域的關(guān)鍵平臺(tái)技術(shù)。中國(guó)科大的多個(gè)研究組,依托其雄厚的理化基礎(chǔ)與工程創(chuàng)新能力,從理論建模、器件設(shè)計(jì)到系統(tǒng)集成與應(yīng)用,進(jìn)行了全方位的創(chuàng)新探索。
在基礎(chǔ)理論與方法學(xué)層面,研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)微尺度下獨(dú)特的流體動(dòng)力學(xué)、界面現(xiàn)象及傳質(zhì)過(guò)程,提出了新穎的理論模型與高精度數(shù)值模擬方法。例如,在復(fù)雜微通道網(wǎng)絡(luò)中的多相流調(diào)控、非牛頓流體在微結(jié)構(gòu)中的流動(dòng)行為預(yù)測(cè)等方面取得了突破,為高性能微流控器件的理性設(shè)計(jì)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
在核心器件與系統(tǒng)開(kāi)發(fā)上,進(jìn)展尤為顯著。團(tuán)隊(duì)成功研制出多種新型多功能集成化微流控芯片,實(shí)現(xiàn)了對(duì)流體、顆粒、細(xì)胞乃至生物分子的高通量、高精度操控與分析。通過(guò)融合先進(jìn)的光學(xué)、電學(xué)及聲學(xué)操控技術(shù),開(kāi)發(fā)出了用于單細(xì)胞捕獲、培養(yǎng)、刺激與實(shí)時(shí)觀測(cè)的全集成平臺(tái),為生命科學(xué)研究提供了前所未有的強(qiáng)大工具。在面向即時(shí)診斷(POCT)的便攜式、低成本微流控檢測(cè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方面也取得了重要成果,展現(xiàn)了良好的應(yīng)用轉(zhuǎn)化前景。
在交叉應(yīng)用領(lǐng)域,這些技術(shù)突破正轉(zhuǎn)化為切實(shí)的科研生產(chǎn)力。在生物醫(yī)學(xué)方面,基于微流控的器官芯片模型為藥物篩選和疾病機(jī)理研究提供了更仿生的體外模型;在合成化學(xué)領(lǐng)域,微反應(yīng)器技術(shù)實(shí)現(xiàn)了高危或高附加值化學(xué)合成的安全、高效與綠色化;在環(huán)境科學(xué)中,微型化、自動(dòng)化的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)設(shè)備提升了污染物監(jiān)測(cè)的靈敏度與時(shí)效性。
這一系列進(jìn)展的取得,得益于中國(guó)科大在學(xué)科交叉、基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究并重方面的優(yōu)良傳統(tǒng),以及學(xué)校對(duì)前沿探索的持續(xù)支持。相關(guān)研究成果多次發(fā)表于國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊,并獲得了國(guó)內(nèi)外同行的廣泛關(guān)注與高度評(píng)價(jià)。隨著與人工智能、先進(jìn)制造等技術(shù)的進(jìn)一步深度融合,中國(guó)科大在微流動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域的探索有望催生更多顛覆性創(chuàng)新,為服務(wù)國(guó)家重大需求、推動(dòng)科技進(jìn)步與產(chǎn)業(yè)升級(jí)做出更大貢獻(xiàn)。