一、微流道技術定義與範疇

微流體技術(Microfluidics)，或稱微流道技術，是使用數十到數百微米(μm)尺寸的流道來處理少量流體的科學技術。微流道設備具備多種分析物檢測、高效率的處理樣品、所需樣品及試劑量微小等多項優勢，可降低分析之總成本。其可應用於細胞基礎的研究、即時檢驗、診斷、藥物傳遞、環境、農業和食物檢測、微反應器、微型流式細胞儀、PCR等生物科學領域。

二、微流道平台之新興材料和製程技術發展趨勢

依據應用類型之個別需求，微流道可選擇不同的材料，可分為：矽氧樹脂(Silicon)、玻璃(Glass)、陶瓷(Ceramic)、聚合物(Polymer)等，而聚合物是最常使用於微流道的材料。其中，水膠(Hydrogels)為即時檢測的新興材料，為一親水性的聚合物網絡，具有高水含量和多孔結構允許氣體通透，並能夠擴散小分子。此外，亦能與3D列印相容，印製出複雜的3D結構，機械強度與細胞外基質相當，同時細胞可以在其表面貼附、生長和增殖，具有高度的生物相容性和可生物降解性、能夠精確控制流量，使其成為即時檢測的理想選擇之一。
在製程方面，目前微流道中常用的製程技術可分為以下幾種：(1) 微機械(Micromachining)，需要無塵室的設施，包合了濕式和乾式蝕刻、光刻和電子束光刻；(2) 翻模轉印(Replica Molding)，透過將聚合物倒入模型內，固化並分離模具，複製模型上的微結構和特徵；(3) 熱壓成型(Embossing)，使用液壓機施加熱及壓力，將熱塑性聚合物壓印在矽氧樹脂的模型上；(4) 射出成型(Injection Molding)：使用高分子顆粒熔融後注入至加熱的模具中，將其冷卻至低於材料玻璃轉化溫度後取出；(5) 雷射燒蝕(Laser Ablation)，透過高功率的雷射聚焦在熱塑性的材料上，刻除材料並製造微結構。
近期3D列印是用於生產低成本微流道晶片的新興製造技術，其可根據需求快速的設計、建構、測試，並且易於修改，因此產品開發時程將可大幅縮短。技術包含了將材料融化並擠出的熔融沉積成型、利用照光固化的立體光刻成型、使用多噴嘴的模型可同時列印不同材料、雙光子聚合則提升光聚合時的精準度等。

三、微流體平台於即時檢測(Point-of-Care)之應用

微流道技術可將診斷的多個步驟最小化並整合到一個小型且效率高的晶片上，只需少量樣品即可實現即時檢驗。在平台上結合自動化系統，可以實現自動化的分離、反應、檢測。與以試紙為基底的診斷系統相比，大幅提升靈敏度。其應用領域包括：
(1)    臨床化學：可以在護理站、急診室患者的床邊檢測代謝物，例如葡萄糖、脂質、肌酸酐、尿素、尿酸、電解質等等，為醫生提供重要資訊，以便做出臨床決策。
(2)    細胞計數及分類：於即時檢驗中，即時計數細胞和對細胞特徵進行分類。應用例如：全血細胞計數可以幫助醫生了解患者的健康狀況、CD4+ T淋巴細胞用於HIV、瘧原蟲的檢測。
(3)    免疫測定：在微流道內進行抗原和抗體之間的反應，使得平台可以快速檢測傳染病、心血管疾病、內分泌失調疾病等等。
(4)    核酸檢測：於微流道平台內結合PCR，無需長時間的等待就能快速識別傳染原，可以應用在疾病快速診斷、癌症、心臟病。
各項應用之案例產品簡介詳見圖一。

四、微流體於即時檢測的發展挑戰

紙基(Paper-based)的流體裝置是以往最常見的居家即時檢驗的檢測平台，但此類設備受限於其低靈敏度和低準確性，且其為一次性使用，而微流道設備則可連續測量，並提供較高的靈敏度，因此未來在於居家即時檢測市場相當具潛力。圖二列舉數項進入醫療健康照護市場之機會。然而，目前在形成經濟或產業規模上之發展仍具下列幾項挑戰：
(一)    裝置製造的複雜性
由於不同聚合物材料需要不同的製程技術，同時還需要多種試劑、零件等等，因此製造商品化的微流道裝置非常複雜。將微流道設備從研究機構轉變成與代工生產公司合作，將可以縮小工藝複雜性的影響。
(二)    難以將基礎研究轉化為商業產品
目前有許多關於微流道技術和應用的期刊研究，但是要將其轉為商業原型卻是相當困難的，材料選擇、複雜性和設計都是商業量產前需要克服的。
(三)    即時檢驗設備的嚴格監管政策
設備在進入市場前往往會需要經過嚴格的臨床試驗才能獲得監管機構的核准，在上市前準備時間的延長是該行業發展的挑戰。在COVID-19期間，許多即時檢驗設備已獲得臨床使用的緊急使用授權(EUA)，大幅縮短了上市時間，預計進入該市場的設備數量將大大增加，並簡化了其於市場永久上市的核准程序。

五、結語

即時檢測旨在提供快速且準確之臨床檢驗結果，於患者床邊即時進行疾病診斷，將協助醫生能快速地進行臨床決策，減少治療時間。部份即時檢測裝置可協助患者進行居家的健康持續監控，以確保患者獲得更好的治療效果。
此外，對於偏遠地區的患者而言，可攜帶式的即時檢驗設備也更為方便，降低了醫療總成本。隨著新興材料、先進製程技術，以及感測技術整合等之持續精進與產業化，自動化與床邊即時診斷與檢測之微流體技術將是生技醫療服務產業成長的重要基礎技術之一。