港大机械工程团队研发崭新流体操控器 创新利用光无损操控微液滴作前沿医疗和工业应用

香港大学机械工程系研究团队（左起）博士生李威、王立秋教授和唐欣博士

香港大学（港大）机械工程研究人员研发崭新流体操控技术，利用光束精准遥控各种微液滴，应用于病理测试，可避免与感染性流体直接接触，有利降低一线医务人员在大流行病中测试病毒或细菌的感染风险，以及减少样本在过程中汙染的机会。

团队创新地利用光操控液滴，比传统利用电极、磁力等作为操控手段，更简单方便、精准度更高。在团队研发的光感热电平台上，液滴按光源作分散、融合和移动等不同形式的操控，而且不粘平台表面，不会有任何残留物，可达至无汙染的高水平运作环境。

新技术由港大机械工程系博士生李威、博士后研究员唐欣和王立秋讲座教授共同研发，已在学术期刊《科学进展》发表。研发成果极具潜力应用在病理诊断与医学研究、化学合成和药物研发等方面。

团队展示如何以光控液滴

王立秋教授指出，新技术适合应用于血液检测，可降低医护人员的感染风险。将来只要一小滴血，便可作不同的病理测试，不需再抽取一管管的血液，兼具环保减塑效益。

王教授解释：「检测传染性疾病有很高的风险。例如，伊波拉病毒感染者的血液样本可轻易渗入皮肤并感染医务人员。在检测过程中，医务人员需将患者的採样细胞破碎，然后过滤并提取病毒的遗传物质以进行确诊，此一系列操作都以液体作为媒介。与固体不同，液体粘在各种表面上会留下大量的残留物，器皿和操作工具容易被传染性液体汙染。这些医疗废物具有极高危险性，如果废物处理不当，会造成更多潜在感染危险。」

据估计，全球每年消耗约200亿美元用于盛载这些液体的一次性塑料制品，然后再耗费约100亿美元处理之后产生的有害医疗废料。据世卫组织报道，医护人员被伊波拉病毒感染的可能性要比普通人高21到32倍，近14％的COVID-19病例也是医务工作者。

利用新型的流体操控器，医务人员可以透过光束以非接触方式远程执行流体操作，流体操控器上不会残留任何流体，从而降低感染和致病微生物泄露的风险，大大增强测试过程的安全性，减少生物毒性废物的産生。新型流体操控器的成本只有现有産品价格的大约百分之一，且便于携带，尤其适合在偏远地区进行现场诊断。

新型的流体操控器的平台由两层薄膜组成，厚度只有小于两毫米，轻便易携，物料无毒。

上图展示一个乙醇液滴在光电微流控平台上被一束镭射分裂。
下图展示一个有液滴轮的小车在一束光的驱动下搬运固体货物。

「上层的纳米结构表面，类似于自然界中的防水荷叶，水滴在荷叶表面迅速滑落而不留下一丝痕迹。所有类型的流体样本，包括血液，唾液，汗液，尿液，酒精，硅油等都被悬浮在纳米结构之上，像弹珠一样在表面上轻易滚动，没有任何残留物。在不粘涂层之下，是一层创新的光敏材料，光照下产生力场以操纵流体的运动，像看不见的手，移动，分裂、分配流体，把不同的液滴融合等。」王教授解释说。

新型的流体操控器适用于不同的液体，包括目前技术难以操控如硅油等表面张力极低的液滴；以及浓稠液滴，可操控液滴的蛋白质载量大幅提升4000倍，尤其适合于前沿基因和蛋白质组学方面的应用和研究，目前无技术能及。

可操控的液滴大至1,000微升，小至0.001微升（1 纳升），后者相当于一隻蚊子一次吸取的血液量的五千分之一，相比现有电控技术只可做到1微升，要细1000倍。新技术应用于药物研发，能精准地把载有不同药物分子作不同组合。工业应用上，把原料分子放在微液滴内，化学反应可以均匀精准进行，合成新型纳米材料用于化妆品和精细化工等行业。应用于生物科技研究，用于DNA分析和蛋白质组学，免疫检测，单细胞的生长研究，还可结合聚合酶链式反应（PCR）技术用于病毒检测，基因测序，肿瘤细胞筛查，追踪细胞衰老：同时跟踪数千个单个细胞数代，直到它们死亡。

接下来，研究团队期望将新技术广泛应用于精细化工，药物发现和单细胞分析等不同领域。团队计划把操控器结合人工智能（AI）系统，打造全自动化的流体操作器，自动执行病理诊断和药物合成等任务。未来的基因编辑实验，可能只需要按一个按键即可完成，不再需要塑料移液管和培养板等辅助器具。

刊登于《科学进展》论文: https://advances.sciencemag.org/content/6/38/eabc1693

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短片介绍新流体操控器：