マイクロ流体 とは、少なくとも１つの次元がミクロン スケールであるチャネルまたはネットワーク内の流体の流れを指します。[ 1 ] [ 2 ] オープン マイクロ流体 （オープン サーフェス マイクロ流体またはオープン スペース マイクロ流体とも呼ばれる）では、システムの流体の流れを制限する境界の少なくとも１つが取り除かれ、流体が空気または別の流体などの別の界面に露出されます。[ 1 ] [ 3 ] [ 4 ]
オープンマイクロ流体デバイスの種類 オープンマイクロ流体は、さまざまなサブセットに分類できます。これらのサブセットの例としては、オープンチャネルマイクロ流体、紙ベース 、および糸ベースのマイクロ流体などがあります。[ 1 ] [ 5 ] [ 6 ]
オープンチャネルマイクロ流体 オープンチャネルマイクロ流体では、表面張力によって駆動される毛細管流が発生し、自発的毛細管流 （SCF）と呼ばれます。[ 1 ] [ 7 ] [ 1 ] 接触角は、 次の式が成り立つ場合にSCFを生成することが示されています。
p f p w < c o s （ θ ） {\displaystyle {pf \over pw}<cos(\theta )} ここで、pf はチャネルの自由周長（すなわち、チャネル壁と接触していない界面）、pw は濡れ周長（すなわち、流体と接触している壁）、θ はデバイスの材料上の流体の接触角である。[ 1 ] [ 5 ]
紙ベースのマイクロ流体 紙ベースのマイクロ流体は、 紙の吸水能力を利用して機能的な読み取りを行います。[ 8 ] [ 9 ] [ 8 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]
開放型マイクロ流体における毛細管フィラメント 開放型毛細管マイクロ流体は、チャネルの天井や床をなくすことで流体を外気に触れさせるチャネルです。[ 5 ] [ 24 ] [ 25 ] [ 24 ] [ 7 ]
U溝内の毛細管フィラメント V溝内のSCF（左） V溝開口型マイクロ流体チャネル（右） 長方形の開口部を持つ U 溝は、最も簡単に作製できるタイプの開口部を持つマイクロ流体チャネルです。この設計では、V 溝と比較して同じ桁の速度を維持できます。[ 26 ] [ 25 ] [ 27 ] [ 24 ] 、ポリカーボネート (PC)、環状オレフィンコポリマー (COC) [ 24 ] [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ]
V溝内の毛細管フィラメント U溝内のSCF（左） U溝開口型マイクロ流体チャネル内のSCF（右） V溝はU溝とは異なり、溝の角度に応じてさまざまな速度を可能にします。[ 27 ] [ 31 ] [ 32 ] [ 5 ] [ 33 ] [ 28 ]
利点 オープンマイクロ流体の主な利点の 1 つは、システム内の流れる液体への介入 (試薬の追加または除去など) を容易に行えるアクセスの容易さです。[ 34 ] [ 1 ] [ 35 ] オープンマイクロ流体デバイスは、システムの少なくとも 1 つの面が材料で覆われていないため、イメージング中の自家蛍光を 低減できるため、光学的透明性が向上します。[ 36 ] [ 1 ]
閉鎖系マイクロ流体では、チャネル内の流れはポンプ（シリンジポンプ ）、バルブ（トリガーバルブ）、または電場による圧力によって駆動されます。[ 37 ] [ 38 ] [ 34 ] [ 39 ] [ 1 ] [ 5 ] [ 34 ] [ 35 ]
材料ソリューション 幸いなことに、PDMSには多くの問題がある一方で、多くの解決策も開発されています。PDMSが示す負の疎水性と多孔性に対処するため、研究者たちは、BSA [ 40 ] [ 42 ] [ 43 ] 生体内 環境を模倣してより多くの細胞や細胞タイプが増殖できる3D 足場システムを開発しました[ 44 ] 。PDMS をコーティングするのと同様に、3D 足場システムでは、ECM (細胞外マトリックス) タンパク質 [ 45 ]
デメリット 開放型マイクロ流体システムの欠点としては、蒸発[ 46 ] [ 47 ] 開放 型システム [ 46 ]。 [ 47 ] 。細胞培養 や、汚染や微粒子が懸念されるその他の方法では、汚染を防ぐために慎重に実施する必要がある。最後に、開放型システムでは、誘導圧力を流速制御に利用できないため、流量が制限される[ 4 ] 。
材料 ポリジメチルシロキサン（PDMS）は、処理コストが低い、製造が容易、プロトタイピングが迅速、表面修飾が容易、細胞毒性がないなど、いくつかの有利な特性があるため、細胞培養用途のマイクロ流体デバイスを製造するのに理想的な材料です。[ 48 ] [ 49 ] [ 50 ] [ 51 ] [ 52 ] [ 53 ] [ 54 ] [ 55 ] [ 56 ]
アプリケーション 多くのマイクロ流体技術と同様に、オープンシステムマイクロ流体は、ナノテクノロジー 、バイオテクノロジー 、燃料電池 、ポイントオブケア （POC）検査に応用されています。[ 1 ] [ 4 ] [ 57 ] [ 58 ] 電気泳動 、水中油型エマルジョン、POCシステム用バイオセンサーなどがあります。[ 3 ] [ 59 ] [ 60 ] [ 5 ] [ 1 ]
材料ソリューションアプリケーション これらのソリューションの応用は、以下の例からもわかるように、今日でも使用されています。2014年、Leiらは、細胞を3D足場に成形することで、既知の抗がん剤であるシスプラチン存在下でのヒト口腔がん細胞のインピーダンスをテストしていました。[ 61 ]
別のグループも同様の方法を用いましたが、3D 足場を作成する代わりに、がん幹細胞の研究に最適なオプションを決定するために、いくつかの異なる PDMS コーティングを使用しました。[ 62 ] [ 45 ]
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