麻省理工学院的研究人员已开发出硬件，利用电场将化学或生物溶液的液滴移动到表面周围，以可用于并行测试数千个反应的方式混合它们。

研究人员将他们的系统视为现在生物研究中常用的微流体装置的替代品，其中生物溶液通过机械阀连接的微观通道泵送。这种以计算规定的模式移动解决方案的新方法可以使实验更有效，更具成本效益，并且可以在更大的范围内进行。

“传统的微流体系统使用管子，阀门和泵，”负责新系统开发的麻省理工学院媒体实验室研究员Udayan Umapathi说。“这意味着它们是机械的，而且它们一直都在崩溃。三年前我注意到这个问题，当时我在一家合成生物公司工作，在那里我建造了一些微流体系统和与它们相互作用的机械机器。我不得不照看这些机器以确保它们没有爆炸。“

“生物学正朝着越来越复杂的过程发展，我们需要技术来处理体积越来越小的液滴，”Umapathi说。“泵，阀门和管子很快变得复杂。在我制造的机器中，我花了一个星期的时间来组装100个连接。假设你从100个连接的规模到拥有100万个连接的机器。你不是能够手动组装它。“

Umapathi解释说，通过他的新系统，可以在他的设备表面沉积数千个液滴，并且它们会自动移动以进行生物实验。

该系统包括允许用户以高度一般性描述他们希望进行的实验的软件。然后，软件自动计算表面上的液滴路径，并协调连续操作的时间。

“操作员规定了实验的要求 - 例如，试剂A和试剂B需要在这些体积中混合并孵育这段时间，然后与试剂C混合。操作员没有说明液滴的方式流动或它们混合的地方。它都是由软件预先计算的。“

Umapathi和他的合着者 - Hiroshi Ishii，麻省理工学院媒体艺术与科学的Jerome B. Wiesner教授;Patrick Shin和Dimitris Koutentakis，麻省理工学院本科生在石井实验室工作;实验室中韦尔斯利大学的Sam Gen Chin在本月出版的在线期刊MRS Advances上发表了一篇论文，描述了他们的新系统。

在过去的10年中，其他研究小组已经对“数字微流体”或液滴的电子操作进行了实验，以进行生物实验。但他们的芯片是采用高端蚀刻技术制造的，这种技术需要被称为洁净室的受控环境。Umapathi和他的同事们专注于降低成本。他们的原型使用印刷电路板，这是一种商品电子设备，由塑料板组成，铜线布置在塑料板上。

研究人员面临的主要技术挑战是为电路板表面设计一种涂层，以减少摩擦，使液滴在其上滑动，从而防止生物或化学分子粘附在其上，从而不会污染未来的实验。电路板图案化有电极阵列。在原型中，研究人员在电路板上涂上了一系列密度更大的微小球体，只有一微米高，由疏水(防水)材料制成。水滴滑过球体的顶部。研究人员还在试验除球体以外的结构，这些结构可能对特定的生物材料更有效。

因为设备的表面是疏水的，所以在其顶部沉积的液滴自然会呈现球形。给电极充电会将液滴向下拉，使其变平。如果逐渐关闭扁平液滴下面的电极，则其旁边的电极逐渐打开，疏水材料将液滴驱向带电电极。

移动液滴需要高电压，大约在95到200伏之间。但麻省理工学院研究人员的设备每秒300次，在高压，低频(1千赫)信号和3.3伏高频(200千赫)信号之间交替使用。高频信号使系统能够使用与触摸屏手机基本相同的技术来确定液滴的位置。

如果液滴移动不够快，系统将自动升高低频信号的电压。根据传感器信号，系统还可以估计液滴的体积，该体积与位置信息一起允许其跟踪反应的进展。

Umapathi认为，数字微流体技术可以大幅降低工业生物学中常见的实验程序的成本。例如，制药公司将频繁地进行许多实验，使用配备有数十甚至数百个移液器的机器人，小的测量管更像是细长的滴管。

“如果你看看药物发现公司，一个移液机器人在一周内就会使用一百万个移液器吸头，”Umapathi说。“这是推动创造新药成本的一部分。我开始开发一些液体检测方法，可以将移液操作次数减少100倍。”