在微流控晶片上造一個美術館

提到實驗室，大家一定都不陌生，不論文科理科生，在學校的時候多多少少去過一兩次。實驗室裡的器材裝置琳琅滿目，操作方式繁複而嚴謹，在這個講究極簡美學、流行量子力學的時代，我們似乎可以更大膽的去跳脫傳統概念，那麼一個實驗室可以簡單到什麼程度呢？

微流控晶片。來源：wiki

如上圖所示，宛如蒙德裡安的當代藝術一般，幾何線條延展在晶瑩剔透的玻璃樽中，這就是由微流控技術實作的“晶片上的實驗室”。

麻雀雖小，五髒俱全。在幾平方厘米的晶片中包含不同功能的通道、泵、閥、混合室、化驗區等，通過內建電子微控制器的操控，實驗液體在這些區域中穿梭，在微觀尺度上精确的混合、反應和分離，過去需要大型裝置、特定環境、複雜操作的實驗和觀察，現在使用微流控晶片就可以極精确、高效率、低污染的完成，廣泛應用于臨床檢驗醫學、生物化學和分子生物等領域。

按照控制方式來說，微流控晶片可分為被動式和主動式兩種。

被動式微流控更多由自然力控制，或者可以說是隻有微流沒有控，利用液體本身在微管道中發生的毛細現象，在液、固、氣三相界面上液面彎曲産生的作用力，使液體産生定向的流動。主要應用于簡單的檢測項目。

利用被動式微流控技術的驗孕棒。來源：wiki

Savahhah Szemethy制作的微流控藝術，兩種顔色的液體在微流管道中由自然力牽引流動呈現愛因斯坦肖像。來源：

https://savannahszemethy.wixsite.com/microfluidicart

主動式微流控是更被業内認可的“真正的”微流控，既有微流又有控，即前文提到的，通過晶片内部精密的反應腔與閥門裝置，精準控制液體反應。主動式微流控往往是為了滿足更加複雜的實驗過程要求的，比如分子檢測。

阿爾伯特·福爾奇（AlbertFolch）是華盛頓大學的生物工程系教授，從事微流控研究工作。他的團隊緻力于利用數字制造技術（3D列印、雷射切割）設計、制作微流控裝置。該團隊開發了一款微流控裝置，通過少量惡性良性腫瘤活檢樣本，即可幫助醫生篩選最适合患者情況的藥物混合體，大大降低了藥物測試的成本。

“惡性良性腫瘤晶片”，每個槽中都含有不同的藥物，這些藥物被泵送到放置惡性良性腫瘤樣本的中心。來源：Albert Folch

流體在通道為100納米（nm）-500微米（μm）時，雷諾系數（慣性力與粘性力的比）會變得很小，液體發生層流，幾束并行的流體并不會混合。喜好藝術的福爾奇教授在實驗過程中注意到了這種在宏觀世界很少見的景象，靈感迸發，遂将這些景象用攝影的方式記錄下來，用精妙的藝術手段來展現這項精密的科學技術。

蒙德裡安參觀實驗室的那天。作者：Chris Sip和Albert Folch

微流控火箭。來源：FolchLAB

彩色迷宮。來源：FolchLAB

層流梯度。來源：youtube

流動的不止液體，還有音樂。福爾奇教授利用微流體晶片為我們獻上了一場微流芭蕾秀，與其說是芭蕾不如說是微型的“音樂燈光噴泉秀”。

七股彩色染料的水準分布對應着音樂相應的高中低七個頻率，随着音樂的進行，當某個頻率的音量高于門檻值時，對應的微型閥開啟，染料噴湧而出，與音樂完美契合。當不同顔色染料彙合時，由于層流現象，不會互相混合，仿佛緩慢流動的印象派畫作。音畫還蠻治愈的，請大家調到舒服的音量盡情欣賞。

微流體芭蕾。來源：youtube

福爾奇教授在經營實驗室的同時，也擔任期刊《Lab on a Chip（晶片實驗室）》的顧問與藝術編輯。

《Lab on aChip》期刊封面

《Lab on a Chip》由英國皇家化學學會 (RSC)出版，發表多學科領域的微米級、納米級研究成果。期刊每年都會與美國國家标準與技術研究所(NIST)共同贊助Art in Science Award科學藝術攝影競賽，并在化學與生命科學微型化系統國際會議( TAS)上頒獎。

Art in Science Award科學藝術攝影競賽送出的作品主要是關于微系統（微流控）。作品參賽選手需要是 TAS的參與會員，也是圖檔所屬文獻的作者或合著者。可以說，這就是專門為科學家舉辦的視覺藝術大賽。獲勝者的作品除了得到獎金與證書之外，還能登上期刊的封面。

下圖是2021年獲獎作品《Living Impression Sunrise》。惡性良性腫瘤轉移前血管周圍生态位的熒光圖像。在微流控晶片中，人臍靜脈内皮細胞與惡性良性腫瘤細胞互相作用形成三維的微血管網絡。這張圖檔的标題靈感來自克勞德·莫奈的《日出印象》。

2021年獲獎作品《Living Impression Sunrise》，作者：杜陽（音譯）複旦大學。來源：Lab on a chip

2017年獲獎作品《給泡沫一個機會》。“由于會對觀察造成幹擾，氣泡被認為是微流體研究人員的噩夢，而在這裡他們大膽亮相，向那些讨厭它們的人展示其獨特的美麗。”這張圖檔是在微流控室灌注 pluronic f-127的過程中獲得的攝影圖檔。

2017年獲獎作品《給泡沫一個機會》。作者：Maria CristinaLetizia 來源：Lab ona chip

2020年獲獎作品《微血管環》，作者：李沁宇，上海交通大學。顯示了在環形聚甲基丙烯酸甲酯微流體室中，人類臍靜脈内皮細胞的三維血管生成網絡。來源：Lab on a chip

2019年獲獎作品《細胞的世界》，作者：Joseph de Rutte，UCLA。使用結構化微粒形成的均勻液滴的熒光圖像。來源：Lab on a chip

2019年入選作品《由骨細胞制成的星星和鑽石》，作者：Charlotte Yvanoff，比利時布魯塞爾自由大學。來源：Lab on a chip

2018年獲獎作品《綠色星球》，作者：Nam-Trung Nguyen。一個漂浮的液體大理石，上面裝飾着綠色熒光珠。來源：Lab ona chip

2012年獲獎作品《拉伸彩虹》。滴液在數字微流控平台上被拉伸。來源：Lab on achip

P.S.不論是早期伽利略與達芬奇那些著名的科學手繪，還是近代以來伴随各類研究論文的科學圖像，科研工作過程中帶出的視覺産物一直影響着後世科學家的思考與研究，作為研究文獻的封面圖像，好的作品往往可以“一眼入魂”，賞心悅目并直抒胸臆，具有科學與美學的雙重價值。

Reference:

https://albertfolch.wixsite.com/folchlabhome/history-of-bait

https://theconversation.com/microfluidics-the-tiny-beautiful-tech-hidden-all-around-you-160436

https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2018/lc/c8lc90028k

https://savannahszemethy.wixsite.com/microfluidicart?pgid=juhal6k0-d9c8da0c-2335-4895-9d1b-8faa09c98a34

https://www.youtube.com/watch?v=EYuyRUjnTgc

http://www.blubblubb.net/oracle/index.html

https://scheringstiftung.de/en/programm/dialog/foerderprojekte/max-planck-institute-starten-artist-in-residence-programm/ausstellung-klasmpi/

https://www.elveflow.com/microfluidic-reviews/general-microfluidics/microfluidics-and-microfluidic-device-a-review/

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來源：科學藝術研究中心

編輯：藏癡