微流控芯片论文

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1、微流控芯片中的分离与富集姓名：邹振学号：S10222012专业：生物医学工程（湖南大学化学生物传感与计量学国家重点实验室，长沙，410082）摘要本文综述了微流控芯片中的分离与富集的方法。这些技术的发展也为试样前处理的进一步发展提供了新的机遇。与常规分离技术相比，微流控芯片分离技术由于具有较大的比界面面积和较短的扩散距离，因而系统具有较高的分离效率和较快的分析速度。而最近一些基于场效应的微流控分离富集分析系统的建立，更为微流控芯片中的分离与富集提供了新的理论基础和应用应用价值。关键词微流控芯片分离富集多相层流场效应自1990年由瑞士的Manz和widme提出微全分析系统[1]的概念以来，微流控

2、分析技术到现在十几年的时间里己经取得了极大的发展。“微全分析系统”或“芯片实验室”是指通过化学分析设备的微型化与集成化，最大限度地将分析实验室的功能转移到便携设备中，甚至集成于方寸大小的芯片上。这就对试样的前处理步骤提出了较高的要求，需要对微量的试样自动完成检测前的前处理操作，如混合[2]、反应[3]、分离(如液-液萃取[4-7]、固相萃取[8-9]、过滤[10]和渗析[11]等)、浓集、稀释等。微流控技术的发展也为试样前处理的进一步发展提供了新的机遇。在微系统通道中，出现一系列不同于宏观体系的尺度效应，如微通道中表面张力的影响远大于重力因素，基于扩散的传质效应显著等，在微通道内流体总是表现为

3、稳定的层流状态，以及较短的扩散距离和扩散时间。这些不同于宏观体系的特点，导致了许多不同于常规方法的微流控无膜分离技术的产生，如无膜液-液萃取和无膜多相层流分离技术。与常规分离技术相比，微流控芯片分离技术由于具有较大的比界面面积和较短的扩散距离，因而系统具有较高的分离效率和较快的分析速度。1.微流控芯片的多相层流无膜扩散分离1.1多相层流扩散芯片构型利用多层流不但可以实现小分子、离子与大分子、微粒之间的分离，若采用适当的检测方式，还可以在分离的同时直接进行检测。Yager[5]等提出了H-过滤系统和T-传感器两种系统，前者用于试样的进化、提取，后者在试样的进化、提取同时进行反应及测定。另外还有“

4、Y”型[12],以及复杂的网络型[13-15]、二维通道[16-17]、三维通道[18]等。图1为H-过滤系统，由试样流和接受流组成，在重力或微注射泵的推动下，接受液和试样液分别从各自的进样口进入并会合于主通道，以肩并肩生物方式平行流过主通道。由于小分子扩散快，大分子和微粒扩散慢，因此，在一定时间内只有小分子物质可以扩散进入接受液（被接受液提取），最后可分别在流出口处收集含提取物的接受液和除去提取物后的试样液。图1.H-过滤系统如图2（a）所示，在T-传感器[5]中，试样液和试剂溶液(如酸碱指示剂[19]、荧光标记试剂[20]、抗体[21-25]等)在重力或微注射泵的推动下，从各自的进样口进入

5、并会合于主通道，以肩并肩生物方式平行流过主通道。由于小分子扩散快，大分子和微粒扩散慢，试样中的待测组分如H离子，钠离子等小分子，快速进入试剂相并在界面发生反应，利用两相界面间试剂颜色的变化等，可定量测定待测组分的含量。（a）（b）图2.（a）T-传感器;（b）用于细胞裂解和胞内成分分析的芯片1.2多相层流无膜分离技术的特点（1）利用多相层流内物质间扩散速度的差异，实现小分子、离子与大分子、微粒的分离，因此对于混浊液和复杂试样如血，可不必进行离心、过滤等预分离而直接进行检测;（2）检测反应可在扩散的界面进行，也可在多相层流分离的下游通道内进行;（3）多相层流间的扩散可给出关于流速、试样粘度、试样

6、浓度、分子量等信息，据此可建立测定试样中待测组分的浓度、扩散系数、分子量和流体粘度的分析方法;（4）可实现多相层流操作的多路并行分离分析，在单一通道中分离分析两个或两个以上的不同试样。也用参比液与试样液平行地在同一通道中流过，实现实时自参比，消除由于流体、几何形状、温度、检测器光源等变化而引起的误差。（5）层流扩散主通道既是分离通道又是检测通道，在流体流动方向的不同位置测得的信号强度可提供有关反应动力学的信息.。2.微流控芯片中的液-液萃取分离液一液萃取又称溶剂萃取，是利用物质在互不相溶的两相中分配比不同而达到分离的目的。在宏观体系中，液一液萃取通常是将有机溶剂(即萃取剂)和含有待分离组分的试

7、样水溶液振荡混合，使两相充分接触，试样中的分析物就会在两相之间进行分配。分配达到平衡后，利用两相密度差异将有机相与水相分层分离。通常把物质从水相进入有机相的过程称为萃取，而相反的过程称为反萃取。萃取分离法的优点是分离效果好;通过多次萃取，可以达到很高的回收率;萃取所需设备简单，操作简便，适用范围广。它不仅适用于常量组分的分离，也适用于微量组分的分离浓集;不仅适用于实验室少量试样的分离，而且适用于工