近日，清华大学生物医学工程学院刘冉研究员团队在Small在线发表题为“Liquid Bridge Cutting Valves for Microfluidic Passive Distribution and Sequential Reaction”的研究论文。该研究报道了一种新型的液桥截断阀（LBCV），通过建立稳定气锁结构，实现液体的被动分隔与精确控制，为微流控芯片中的时序采样和多步反应提供了全新方案，具有广泛的可穿戴健康监测与临床诊断应用前景。

该研究基于液桥截断原理设计LBCV结构，通过空气从液桥“颈部”切入实现滴式填充，从而精确控制液体体积并实现反应单元间的物理隔离。分别构建了总线拓扑与链式拓扑的微流控芯片架构，支持多单元串联的顺序填充与反应过程。该技术成功用于可穿戴设备动态隔离不同时间点的汗液样本，检测葡萄糖、乳酸浓度变化，并在芯片内实现皮质醇ELISA试剂的顺序分配与反应隔离，避免交叉污染。

图1. 可穿戴设备和芯片实验室的液体隔离

基于液桥截断阀（LBCV）设计了一种总线拓扑结构的微流控芯片，实现对汗液中葡萄糖和乳酸的连续比色检测。通过在主通道中串联12个反应单元，并利用LBCVs生成的稳定气锁结构，有效隔离各反应室，显著减少汗液在连续采样过程中的交叉污染问题。芯片巧妙地将每个单元的排气通道回接至主通道，缓解压力积聚引发的气锁不稳定，确保液体分隔稳定性。在可穿戴应用中，该芯片通过汗腺分泌压力驱动液体，无需额外供能，反应室中酶修饰的比色纸可实时反映汗液中目标物浓度。该研究展示了一种全无源、高稳定性的汗液分析新路径，为可穿戴生物传感器设计提供了关键技术突破，具有广阔的健康监测应用前景。

图2. 汗液葡萄糖和乳酸的芯片比色分析

设计基于液桥截断阀（LBCV）串联连接的微流控芯片，用于在芯片上实现全流程的皮质醇ELISA检测。通过将前一反应室的排气通道作为下一反应室的进液通道，结合毛细力驱动，实现无交叉污染的逐步填充与反应。该结构确保在每一步反应完成后形成稳定气锁，避免物质在反应室间扩散，从而提高检测准确性。芯片采用基于竞争结合的ELISA策略，灵敏检测范围可低至0.625 ng/mL，满足体液中皮质醇检测需求。研究还验证了该系统对不同反应时间与流速的适应性，展现出快速反应、广流速兼容、结构稳定等优势。该研究为实现便携化、自动化、高灵敏的芯片化免疫检测提供了关键技术突破，可应用于精神压力评估、慢性疾病管理等多种健康监测场景。

图3. 芯片上皮质醇 ELISA

清华大学生物医学工程学院2021级博士生林荣赞、2023级硕士生郭雯、2021级硕士生陈遇秋为论文共同第一作者，清华大学生物医学工程学院刘冉研究员为该论文的通讯作者。该研究得到国家科技部重点研发计划及国家自然科学基金的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202411708