微流控(Microfluidics),是指使用微管道(尺寸為數十到數百微米)處理或操縱微小流體(體積為納升到阿升)的系統所涉及的科學和技術,又稱其為芯片實驗室(Lab-on-a-Chip)或微流控芯片技術。微流控是一門涉及化學、流體物理、微電子、新材料、生物學和生物醫學工程的新興交叉學科,具有巨大的發展潛力和廣泛的應用前景。
微流控技術把生物、化學、醫學分析過程的樣品制備、反應、分離、檢測等基本操作單元集成到一塊微米尺度的芯片上,自動完成分析全過程。由于微米級的結構,流體在微流控芯片中顯示和產生了與宏觀尺度不同的特殊性能,因此發展出獨特的分析產生的性能。,如層流和液滴等。借助這些獨特的流體現象,微流控可以實現一系列常規方法所難以完成的微加工和微操作。同時,微流控芯片還有著體積輕巧、使用樣品及試劑量少、能耗低,且反應速度快、可大量平行處理及可即用即棄等優點。
微流控芯片作為一種“微全分析”技術平臺可以應用于各個分析領域,如生化醫療診斷、食品和商品檢驗、軍事科學和航天科學等重要應用領域,其中生物醫學分析是熱點。利用微流控芯片作為一種微反應器,通過在微流控芯片上開展組合化學反應或結合液滴技術,有望用于藥物合成與篩選,或納米粒子、微球、晶體等的高通量、大規模制備,甚至形成一種“芯片上的化工廠或制藥廠”;還有利用微流控芯片的集成功能來制作器官芯片,用于仿真人體器官中的最小功能單元,實現藥物或化學物質在非活體環境(in vitro)中,研究活體環境(in vivo)的交互反應,是一種用于了解、評估疾病、藥物、化學物質與食物等對人類影響的3D芯片設備。
微流控概念誕生于上世紀90年代的美國。2003年,微流控技術被Forbes雜志評為影響人類未來15件最重要的發明之一。Business也在2004年把微流控技術譽為“改變未來的七種技術之一”。“器官芯片”這一微流控典型技術在2016年的達沃斯論壇上入選了年度十大新興技術之一,被譽為與新燃料電池和無人駕駛汽車齊名的新興技術。同時微流控芯片以其強大的應用范圍(生物醫學、藥物篩選、運動競技、國防科技、司法鑒定、食品安全、環境監測)成為了是當代極為重要的新興科學技術平臺和國家層面產業轉型的潛在戰略領域。
2018年,FDA與Emulate, Inc. 簽訂了題為“可將Organs-on-Chips技術作為毒理學測試平臺,用于對影響人類的健康和安全的研究”的協議,這意味著,在美國,器官芯片對新藥篩選的結果的得到了FDA的承認,也就是說在藥物篩選階段可以直接跳過活體動物這個環節,可直接在器官芯片上進行,這一協議也充分說明了微流控芯片以后對世界的重大影響和戰略性意義。