微流控芯片技术及其应用

《微流控芯片技术及其应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、微流控芯片技术及其在生命科学中的应用摘要：微流控芯片最初起源于分析化学领域，是一种采用精细加工技术，在数平方厘米的基片，制作出微通道网络结构及其它功能单元，以实现集微量样品制备、进样、反应、分离及检测于一体的快速、高效、低耗的微型分析实验装置。随着微电子及微机械制作技术的不断进步，近年来微流控芯片技术发展迅猛，并开始在化学、生命科学及医学器件等领域发挥重要作用。本文首先简单介绍了微流控芯片的相关技术，然后主要阐述了其在蛋白质研究、细胞研究、DNA分析和测序、仿生研究等方面的应用。关键字：微流控芯片，生命科学，应用Abstract:Microfluidicchiptechnologyor

2、iginatedfromanalyticalchemistry,adoptsmicrofabricationtechnologiestomakemicrochannelsonachipaboutseveralsquarecentimeters.Thetechnologycanintegratethesample’sinjection,separationanddetectionintoasinglechip.Theadvantageofmicrofluidicsisrapid,highefficiencyandlowconsumption.Withtheprogressofmicroe

3、lectronicsandothermicrofabricationtechniques,thetechnologyofmicrofluidicchipdevelopedrapidlyrecentyears,andbegantoplaymoreandmoreimportantrolesinchemistry,biologyandmedicalinstruments.Thisarticalintroducedtherelatedtechnologiesofmicrofluidicchip,andthenmainlyexpoundeditsapplicationsinproteinrese

4、arch,cellresearch,DNAanalysisanddetection,andbionicresearch.Keywords:microfluidicchip;lifescience;application前言微流控芯片是一种以在微米尺度空间对流体进行操控为主要特征的科学技术，具有将生物、化学等实验室的基本功能微缩到一个几平方厘米芯片上的能力，因此又被成为芯片实验室。在现阶段，主流形式的微流控芯片多由微通道形成网络，以可控流体贯穿整个系统，用以实现常规化学或生物等实验室的各种功能。微流控芯片的基本特征和最大优势是多种单元技术在卫校可控平台上灵活组合和规模集成[1]。根据研究

5、领域的不同，微流控芯片实验室可简单划分为微流控芯片化学实验室、微流控芯片生物实验室、微流控芯片光学实验室以及微流控芯片信息实验室等，其中，最早形成的是微流控芯片化学实验室中的微流控芯片分析化学实验室。分析化学是微流控芯片最早最直接的应用领域之一，微流控芯片分析化学实验室的构建和完善是21世纪前20年分析化学发展的一个主流趋势[2]。1微流控芯片相关技术1.1微流体控制及驱动技术微流控芯片中流体的操控尺度在微米量级，介于宏观尺度和纳米尺度之间，这种尺度下流体运动显示出二重性。一方面，微米尺度仍然远大于通常意义上分子的平均自由程，因此，对于其中的流体而言，连续介质定理成立，连续性方程可用，

6、电渗和电泳淌度与尺寸无关。另一方面，相对于宏观尺度，微米尺度上的惯性力影响减小，黏性力影响增大，雷诺数变小(通常在10-6-101之间)，层流特点明显，传质过程从以对流为主转为以扩散为主，并且面体比增加，黏性力、表面张力及换热等表面作用增强，边缘效应增大，三维效应不可忽略。与此同时，微米尺度和纳米尺度又有很多重要的区别。在纳米尺度下，物体的尺寸和分子平均自由程相近，因此电泳淌度变得和横截面尺寸有关，偶电层电荷重叠，电渗减少，进而影响到给予流体的动量。此外，空间的压缩会改变大分子的形状，大分子的淌度也将受到非平面流速矢量场的影响，最终导致对流体的控制相对困难[3]。1.2分离技术分离是微

7、流控芯片样品分析的重要一步。芯片中分离毛细管槽负载了大部分外加电压，其场强多在200—500V/cm之间，因此在设计时应尽量设法降低负载电压[4]。为了提高分离的效率，微流控芯片中使用了许多方法，如Kutter根据HPLC中梯度洗脱的方法，设计了两个缓冲液池，内装不同极性的缓冲液，以不同的体积比混合缓冲液，再以此混合液作样品的支持电解质，实验表明效果较好，分离时间小于1min[5]。1.3微液滴技术微液滴操控包括微液滴生成和微液滴驱动，按生成方