來自北卡羅來納大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系的研究人員發(fā)明了一種非常便宜的紙泵，這是一種便攜式微流體裝置，以毛細(xì)管原理作驅(qū)動力，有可能為一系列生物醫(yī)藥工具的開發(fā)打開打開一扇大門。

圖中展示的就是紙泵或稱為“液壓電池”('hydraulic battery)，其以0.6μL/min的恒定速率通過簡單的微通道泵送流體。每幅照片拍攝時間間隔12分鐘。該技術(shù)可用于開發(fā)便攜式現(xiàn)場診斷工具等新興技術(shù)。

微流體裝置的容積不足1微升——比一滴眼淚還小，它能操控微量流體的流動行為，這種器件有望應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)診斷以及藥物測試。

“便攜式微流體裝置長期面臨的一個問題，就是如何降低制造成本，使其能快速走出實驗室，進(jìn)入現(xiàn)實應(yīng)用階段。”北卡大學(xué)醫(yī)學(xué)工程專業(yè)副教授Glenn Walker指出，他也是本研究項目所發(fā)表論文的聯(lián)合通訊作者。“實驗室使用的電動泵和連接管道不便于攜帶，相對而言，這種裝置最大的特點就是其便攜性，它使新應(yīng)用的開發(fā)成為可能，例如，可現(xiàn)場使用的診斷工具。”

目前，Walker和他的同伴們已經(jīng)開發(fā)出微流體裝置的新形式，不僅能泵送流體，而且可對流體施加實質(zhì)性的控制，例如，可以停止和重新啟動、控制流速及控制運行時間等。

工作原理

研究人員將他們的紙泵系統(tǒng)稱作“液壓電池”，但它不需要任何電力。相反，“電池”從毛細(xì)管作用中獲取泵送的動力。難以想象，這一裝置竟是一項古老技術(shù)發(fā)出的“新芽”，這里所說的古老技術(shù)就是“紙”的應(yīng)用，所以，Walker團(tuán)隊開發(fā)的泵價格更為低廉，一個液壓電池泵的成本就幾毛錢，極具成本優(yōu)勢。

如果你曾經(jīng)用一張紙巾吸收溢出物，那就說明你見識過毛細(xì)管現(xiàn)象。概括地說，毛細(xì)管現(xiàn)象就是液體因表面張力的作用，有被吸入狹小空間的趨勢。而對于液壓電池來說，那就是水或水性液體(例如血液)有被吸入到紙張中的微孔的趨勢。

“我們的系統(tǒng)使用的是125微米厚的紙，和頭發(fā)絲差不多，”Walker說。“毛細(xì)作用將液體吸入紙中，通過改變紙的形狀，我們能夠控制裝置的吸入液體量，以及進(jìn)行的速度。”

通過對紙張進(jìn)行簡單切割，可以在二維尺度上改變形狀。也可以通過多個泵的彼此堆疊，形成不同的三維結(jié)構(gòu)。不同的堆疊方法能夠創(chuàng)建更復(fù)雜的流動剖面，這取決于你要把泵用到什么地方。

技術(shù)優(yōu)勢

盡管還有其他手段能使泵送液體的微流體裝置便攜化，但Walker認(rèn)為他的團(tuán)隊開發(fā)的紙泵具有幾個顯著的優(yōu)點。

“我們的液壓電池體積小、重量輕、價格便宜，便于連接到設(shè)備中，且適合一次性使用，”Walker說。“此外，這種紙泵可以被保存以供后續(xù)評估，例如進(jìn)行二次運行，對現(xiàn)場診斷開展實驗室測試。”

研究人員已對紙泵技術(shù)提出了專利申請，并對這項技術(shù)在公共衛(wèi)生和推進(jìn)基礎(chǔ)研究方面的作用持非常樂觀的態(tài)度，目前正在尋找行業(yè)合作伙伴來幫助其進(jìn)入市場。