康乃爾大學微流控晶片新突破 操控氣泡利於精準藥物遞送

美國康乃爾大學研究團隊近日在微流控晶片技術上取得重大進展，開發出一種能夠按需生成並控制氫氣微氣泡的晶片系統。這項技術能精準操控液體流動，有望為醫學診斷與精準藥物遞送等應用開啟新篇章。

這套系統的原理，是透過在晶片上九個微小電極組成的網格中通電，將水分子電解為氫氣，產生大小介於 10 到 100 微米之間的微氣泡。研究人員可以即時程式化控制單一氣泡的產生、大小、數量及電子引導方向。康乃爾大學物理系教授 Itai Cohen 指出，氣泡大小是控制液體流動的關鍵，因為它決定了氣泡與超音波產生共振的頻率。他解釋：「如果你施加 40 千赫的超音波，氣泡大小若不合適便不會顯著震盪。但若氣泡大小剛好能與 40 千赫頻率共振，就能產生強大的液體流動。」

透過超音波的能量，這些微氣泡會產生震動，進而推動周圍的液體。研究團隊表示，他們不僅能單獨控制氣泡移動，也能讓氣泡成群協同作用來引導液體流向。舉例來說，將五個氣泡排成 L 形，就可以改變流動方向，甚至引導液體沿曲線移動。該研究的作者之一 Zhiyuan Zhang 提到：「透過這個氣泡陣列，我們能即時控制氣泡的大小、數量和位置，進而程式化設定液體的流動方向。」

這項技術有望實現可重構的微流控設備（將極少量液體在微小管道中處理的技術），大幅提升藥物遞送的精準性（將藥物直接送到病灶處，減少對健康細胞的影響）。此晶片是在 Cornell NanoScale Science and Technology Facility 製造，並已將研究成果發表於《科學進展》（Science Advances）期刊。透過改變電壓，研究人員能控制液體流動的速度；施加更高的電壓，可以產生一片快速流動的氣泡雲，開啟了更細緻的流體控制可能性。