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青光眼治疗中，优化微管分流需精准测量人房水黏度，但传统方法因样本量限制难以实现。研究人员开展人工智能辅助微流控黏度测量研究，成功测量 10 微升房水黏度，发现个体差异约 30% ，为个性化治疗及小体积生物流体测量开辟新道路。
在眼科医学领域，眼睛的房水就像一台精密仪器中的 “润滑剂”，对维持眼内的正常压力起着关键作用。房水通过眼部复杂的排水系统，如小梁网（trabecular meshwork ）和施莱姆管（Schlemm's canal）等结构，不断循环流动。然而，当这些排水结构出现损伤或堵塞时，房水的流出就会受阻，眼内压力便会像失控的气球一样不断升高。过高的眼内压就像一个潜伏在眼睛里的 “破坏分子”，逐渐侵蚀视神经，最终引发青光眼（glaucoma），导致患者视力下降，甚至失明。
目前，青光眼的主要治疗方法之一是植入微小的引流管，为房水开辟新的流出通道，从而降低眼内压，保护视神经。但是，这根小小的引流管想要发挥最佳效果，却面临着一个难题 —— 需要根据患者房水的黏度来选择合适的几何参数，比如直径和长度。然而，现有的常规黏度测量方法却在房水面前 “碰了壁”。传统的商用黏度计大多是为大量流体测量设计的，动辄需要几毫升甚至更多的样本量，而从眼睛中安全提取的房水样本量通常只有几十微升，根本满足不了要求。新兴的微流控黏度测量技术虽然所需样本量有所减少，但像基于共流技术的方法，虽然能通过分析已知黏度参考流体和未知样本流体的界面位置来测定样本黏度，可操作时却需要外部设备如注射器泵，仅填充注射器就需要至少几十微升的流体量，实际流经微流控通道的虽只有几微升，但整体用量仍超出房水样本量。还有毛细管压力驱动的黏度计，即便只需几微升样本，却容易因润湿性缺陷和入口效应导致的流动干扰产生较大误差。这些问题就像一道道难以跨越的 “鸿沟”，严重阻碍了青光眼个性化治疗的发展。
为了解决这些棘手的问题，来自未知研究机构的研究人员开展了一项具有创新性的研究。他们致力于开发一种能够精准测量 10 微升房水黏度的方法，为青光眼的个性化治疗提供有力支持。研究人员最终成功研发出一种人工智能辅助的单乳液微流控黏度测量技术，这项技术就像是一把精准的 “钥匙”，打开了房水黏度测量的新大门。他们通过该技术首次测量了 10 微升人房水的黏度，并发现不同个体之间房水黏度存在约 30% 的差异。这一发现意义重大，它意味着在设计青光眼治疗用的微管分流时，必须要考虑到这种个体差异，从而实现更精准、更个性化的治疗。同时，该技术还不仅仅局限于房水测量，对于其他小体积生物流体，如脑脊液（cerebrospinal fluid）、骨髓液（bone marrow fluid）和滑液（synovial fluid）等的测量也具有重要的应用价值，为生物医学技术领域的诊断和治疗开辟了新的方向。该研究成果发表在《Biosensors and Bioelectronics》上。
研究人员为开展这项研究，主要运用了以下关键技术方法：首先是样本处理技术，研究选用了包括去离子水、甘油、葡聚糖、唾液以及人、兔房水在内的多种样本，人房水样本取自手术中用 30 号针头和 1ml 注射器从患者前房抽取的样本。其次，采用微流控技术，将微流控通道用疏水试剂涂层处理，配合含表面活性剂的介质，以此减少毛细管流、促进黏性流并降低界面效应。最后，借助深度学习目标检测技术，通过将采集的单液滴样本滴入微流控芯片，观察其在芯片内的流动情况，实现对样本黏度的测量 。
结果与讨论
测量小体积流体的黏度存在诸多挑战，主要集中在三个方面：显著的界面效应、小体积样本处理困难以及精确控制或测量流体流速和压力的复杂性。
为了降低界面张力的影响，研究人员采取了一系列措施。他们在实验中使用含有表面活性剂的介质，这种介质就像是给样本流体穿上了一层 “保护膜”，减少了流体与周围环境之间的界面作用。同时，对微流控通道壁进行疏水涂层处理，就如同给通道壁涂上了一层 “防水漆”，进一步降低了毛细管流动，使得流体在通道内能够更顺畅地流动，减少因界面问题导致的测量误差，从而更准确地获取流体的黏度信息。
在样本处理方面，传统的注射器泵难以精确处理仅 10 微升的小体积样本。研究人员通过优化微流控芯片设计，利用简单的移液器就能将采集的样本滴加到芯片中，实现了对小体积样本的便捷处理，解决了样本处理困难的问题。
对于流体流速和压力的精确控制与测量，研究人员利用基于人工智能的技术直接测量样本的流速。这种技术摆脱了传统设备在小体积流体测量上的限制，通过深度学习对样本在微流控芯片内的流动进行分析，直接获取流速数据，避免了传统测量方式可能带来的误差，大大提高了测量的准确性。
结论与意义
研究人员成功开发了一种简单而强大的技术，能够精准测量 10 微升流体的黏度。通过巧妙运用表面活性剂和优化微流控通道结构，有效地抑制了界面相互作用，使得在高比表面积的流体中也能准确测量其本体黏度特性。该方法利用静水压力驱动样本流动，结合人工智能技术直接测量流速，无需复杂的设备和操作，为小体积生物流体的黏度测量提供了一种高效、可靠的新途径。
这项研究的意义不仅仅局限于青光眼治疗领域。它在生物医学技术的多个方面都具有重要的应用前景，比如为开发微创诊断工具提供了技术支持，有助于实现更精准、更个性化的医疗诊断和治疗。同时，该技术对于推动小体积生物流体研究也有着深远的意义，为相关领域的科研人员提供了新的研究思路和方法，有望在未来带来更多的突破和创新。
