1、流動的芯淺析微流控芯片更新時間：2014-3-5資訊：資訊：淺析微流控芯片技術林炳承：微流控芯片技術 中國應奮起直追微流控芯片技術大事記IBM微流控芯片技術助力癌癥診斷微流控芯片技術Lab on Chip開啟基因組DNA質(zhì)量評估新方法微流控芯片模擬藥物在人體中的代謝過程問答：微流控芯片的進樣方式有哪些？大家一般都用哪種方式進樣?。?微流控分析系統(tǒng)從以電滲流為主要液流驅動手段發(fā)展到流體動力、氣壓、重力、離心力、剪切力等多種手段。微流控芯片的進樣方式主要還是電動進樣，即在外加電場的作用下，依靠電滲流將樣品送入分離溝道。迄今為止，電動進樣主要有懸浮進樣、門進樣和收縮進樣等幾種方式。其中懸浮進樣是電動

2、進樣方式中操作最簡單的一種。該方法主要是將樣品廢液池接地，緩沖液池和廢液池懸浮，當給樣品池施加一定的電壓時，樣品就會沿著進樣通道向樣品廢液池流動，從而實現(xiàn)樣品的裝入。采用門進樣的方法是將樣品池和緩沖液池的位置進行了交換，整個進樣過程可分為3 步：（1）進樣前讓樣品池和廢液池都接地，給樣品池和緩沖液池分別加上一定的電壓，使緩沖液池中的緩沖液同時向廢液池和樣品池兩個方向流動；（2）將緩沖液池和樣品池懸浮一段時間，完成樣品的裝入；（3）使緩沖液池和樣品池恢復到進樣前的電位狀態(tài)，樣品進入分離通道，同時也為下一次進樣做好了準備。該進樣方式主要特點是可以實現(xiàn)連續(xù)進樣。收縮進樣的樣品裝入過程與懸浮進樣不同，

3、樣品池、緩沖液池和廢液池都加上了電壓，樣品池接地。這樣，在樣品向樣品池流動的同時，來自緩沖液池和廢液池的緩沖溶液也向樣品池移動，制止了樣品朝這兩個池子方向的擴散。收縮進樣法最大的優(yōu)點就是樣品的進樣量可以得到精確控制。 什么是PCR微流控芯片？ PCR(polymerase chain reacton) 微流控芯片是一種完美的體外無限擴增核酸的技術, 該技術就是將模板DNA、引物、Taq 酶、緩沖液混合均勻, 加入到芯片狀固體支持物上加工的微反應槽, 然后讓PCR混合物重復通過由不同方法加熱的芯片上三個恒溫區(qū)melting (94) : annealing (55) : extension(72

4、) , 從而實現(xiàn)DNA的變性、退火和擴增。微流控芯片是怎么做出來的？其制作方法有哪些？芯片微通道的制作主要有如下方法：（1）光刻化學腐蝕方法；（2）等離子或反應離子深刻蝕方法，微通道的截面形狀為矩形，可得到較高的深寬比；（3）注塑、印?；蚣す鉄g；（ 4）軟刻蝕技術等。鍵合是微流控芯片加工中一個關鍵的工藝環(huán)節(jié)，一般可分為直接鍵合、靜電鍵合、熱鍵合和粘接等方法，不同的材料，其制作方法也有所不同。什么是PDMS微流控芯片？ PDMS指的是聚二甲基硅氧烷，它是常用的芯片材料。因聚合物表面具有惰性和憎水性 ,電滲流的大小和穩(wěn)定性均低于玻璃或石英材料,使用前,通常需進行改性以增強表面的極性或親水性來提高

5、和穩(wěn)定電滲流。PDMS 改性中最常用的是等離子體改性 ,但等離子體氧化處理后的PDMS微芯片的電滲流極不穩(wěn)定?，F(xiàn)在國內(nèi)研究微流控芯片技術的研究機構有哪些？ 北京：中科院電子所上海：中科院微系統(tǒng)研究所浙江大學微分析系統(tǒng)研究所方群教授的團隊大連微分析系統(tǒng)研究所林秉承教授的研制組微流控芯片毛細管電泳是什么？ 就是在玻璃或石英等材料上刻制微細同道，然后加上電壓進行分離的技術。該技術集中了毛細管電泳和色譜的優(yōu)勢于一體，是一種嶄新的分析平臺，目前國內(nèi)有大連化物所，中科院及南通附屬醫(yī)院開展較多。微流體技術有什么特點？ 總體上看，該技術具有以下特點：（1）集成性，芯片集成的單元部件越來越多，且集成的規(guī)模也越來

6、越大。所涉及到的部件包括：和進樣及樣品處理有關的透析、膜、固相萃取、凈化；用于流體控制的微閥（包括主動閥和被動閥），微泵（包括機械泵和非機械泵）；微混合器，微反應器，當然還有微通道和微檢測器等。（2）分析速度快。（3）高通量。（4）能耗低，物耗少，污染小。每個分析樣品所消耗的試劑僅幾微升至幾十個微升，被分析的物質(zhì)的體積只需納升級或皮升級。（5）廉價，安全。因此，微流控分析系統(tǒng)在微型化、集成化和便攜化方面的優(yōu)勢為其在生物醫(yī)學研究、藥物合成篩選、環(huán)境監(jiān)測與保護、衛(wèi)生檢疫、司法鑒定、生物試劑的檢測等眾多領域的應用提供了極為廣闊的前景。微流體技術的起源是什么？有沒有相關的發(fā)展歷程？ 微流體技術最早由瑞

7、士Ciba-Geigy公司的Manz與Widme在1990年提出，當時設想是發(fā)展一種可能作為一個化學分析所需的全部部件和操作集成在一起的微型器件即-TAS。1993年Harrison和Manz等人在平板微芯片上實現(xiàn)了毛細管電泳與流動注射分析，借電滲流實現(xiàn)了混合熒光染料樣品注入和成功電泳分離。1994年始，美國橡樹嶺國家實驗室Ramsey在Manz的工作基礎上發(fā)表了一系列論文，改進了芯片毛細管電泳的進樣方法，提高了其性能與實用性，引起了更廣泛的關注。1995年，美國加州大學的Mathies等在微流體芯片上實現(xiàn)了DNA等速測序，標志著芯片的應用開發(fā)進入了新階段，首家微流體芯片企業(yè)Caliper T

8、echnologies公司也于該年9月成立。1996年Mathies又將基因分析中有重要意義的聚合酶鏈反應（PCR）擴增與毛細管電泳集成在一起，展示了微全分析系統(tǒng)在生物醫(yī)學研究方面的巨大潛力。1998年之后，一些微流體芯片開發(fā)企業(yè)紛紛與世界著名分析儀生產(chǎn)廠家合作，例如，Agilent與Caliper聯(lián)合利用各自的技術優(yōu)勢推出首臺這方面的分析儀器Bioanalyzer2100及相應的分析芯片。至此，微流體芯片技術的開發(fā)成為了研發(fā)熱點。微流體芯片實驗室主要有哪些部分構成？微流控芯片實驗室主要有以下3部分構成：（1）芯片材料。在微米或者納米的數(shù)量級上，可用于芯片的常見材料有玻璃，石英和各種塑料。玻璃

9、和石英有很好的電滲性質(zhì)和優(yōu)良的光學性質(zhì)，可采用標準的刻蝕工藝加工，可用比較熟悉的化學方法進行表面改性，加工成本較高，封接難度較大。常用的有機聚合物包括剛性的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），彈性的聚二甲基硅氧烷（PDMS）和聚碳酯（PC）等，它們成本低，可用物理或化學方法進行表面改性，制作技術和玻璃芯片有較大的區(qū)別。（2）芯片分析系統(tǒng)，主要包括驅動源和信號檢測裝置。樣品和試劑的充分接觸、反應或分離必須有外力的作用，這種外力一般為電場力、正壓力、負壓力或微管虹吸原理產(chǎn)生的力。人們常采用高壓電源產(chǎn)生電場力或泵產(chǎn)生正、負壓力作為驅動源。由芯片內(nèi)產(chǎn)生的信號需要被檢測，目前最常用的檢測手段是激光誘導熒光，此

10、外還有電化學、質(zhì)譜、紫外、化學發(fā)光和傳感器等。激光誘導熒光檢測器主要由激光源、光學透鏡組和以光電倍增管或CCD為主的熒光信號接收器件組成。特點是檢測靈敏度高，被廣泛采用；但現(xiàn)階段其體積仍然偏大。驅動源和檢測裝置是芯片實驗室儀器的主要組成部分，其體積的大小直接決定了芯片分析儀的大小，因此人們正努力追求將這兩部分做到最小。目前，電化學檢測由于其體積較小，與高壓電源一起可制成便攜式分析儀，加之有電化學響應的物質(zhì)很多，所以在芯片中的應用研究較多。電化學檢測器的一般做法是將電極集成到芯片上，采用安培或電導法進行檢測，其中電泳分離電壓對檢測電流的干擾是電化學檢測需要克服的問題之一。用于電化學檢測的電極材料

11、有碳糊、碳纖維、銅絲、金絲等。被檢測物質(zhì)有氨基酸、肽、碳水化合物、神經(jīng)遞質(zhì)等。集成電泳分離、酶聯(lián)免疫和生物化學等于一體以實現(xiàn)多功能（例如多人同時檢測或多種免疫指標的同時檢測）的芯片實驗室研發(fā)，體現(xiàn)了微流體芯片技術的集成化特點，也代表了微流體芯片技術的發(fā)展方向。（3）包含有實現(xiàn)芯片功能化方法和試劑盒。將質(zhì)譜法、紫外-可見檢測法等現(xiàn)有的檢測方法移植到芯片實驗室的檢測上，是微流體芯片研究的主要思路。CFD軟件FLUENT能計算微通道流體/納米流體嗎？FLUENT求解的是標準N-S方程，標準N-S方程是基于連續(xù)性假設的。FLUENT能否微流體/納米流體，關鍵是要看此類流體適用于什么樣的方程。經(jīng)常采用的

12、判斷方法：（a）計算克努森數(shù)（Knudsen Number），Kn=/L，式中是流體分子的平均自由程，L是系統(tǒng)的參考長度尺度。（b）Kn接近于0時，適用于歐拉方程（Euler Equation）來描述流體; （0，0.001），可以采用無滑移邊界條件的N-S方程來描述流體; （0.001，0.1），可以采用有邊界有滑移、溫度有突躍的修正N-S方程來描述流體; （0.1，10）屬于屬過渡區(qū)；當kn大于10時，采用分子假設，適于用波爾茲曼方程（Boltzmann Equation）來描述流體。如稀薄氣體流動，其分子平均自由程遠大于系統(tǒng)的參考長度。常見的微流體（參考長度很小）Kn大多是大于0.001

13、，即一般情況下標準N-S方程無法計算。因此只要換算出Kn數(shù)就知道如何做了。文庫： 高聚物基PCR微流控芯片技術PCR微流控芯片是一種完美的體外無限擴增核酸的技術, 是第三代PCR 技術。目前英國、德國、日本、中國等多家研究單位已經(jīng)成功地應用自己研制的PCR 微流控芯片在實驗室完成DNA 擴增?；谀壳按蠖嘈酒捎霉杌蛘卟Ａё鳛榛? 存在加工工藝復雜和價格昂貴的缺點,通過對不同材料性能比較, 認為價格便宜、加工方法簡單的高聚物數(shù)字微流控生物芯片片級設計及優(yōu)化(Chip-Level Design and Optimization for Digital Microfluidic Biochips

14、)利用CAD技術對微流控芯片進行片級設計及優(yōu)化。 鍵合方法對聚二甲基硅氧烷液滴型微流控芯片的影響液滴型微流控芯片表面性質(zhì)是影響其性能的重要因素. 研究了不同鍵合方法對基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)的液滴型微流控芯片微管道表面性質(zhì)的影響, 并分別觀察和評價了不同鍵合方法所制作液滴型微流控芯片應用于制備油包水和水包油兩種液滴分散體系的效果. 結果顯示熱擴散鍵合方法適用于制作油包水型PDMS 液滴型微流控芯片, 而等離聚二甲基硅氧烷微流控芯片的紫外光照射表面處理研究研究了紫外光化學表面改性對聚二甲基硅氧烷(PDM S) 微流控芯片的片基間粘接力及毛細管通道電滲流性能的影響. PDM S 片基經(jīng)紫外光

15、射照后, 粘接力增強, 可實現(xiàn)PDM S 芯片的永久性封合, 同時親水性得到改善, 通道中的電滲流增大. 與文獻報道的等離子體表面處理方法比較, 采用紫外光表面處理, 設備簡單, 操作 聚二甲基硅氧烷-紙復合微流控芯片上的肝癌細胞三維培養(yǎng)研發(fā)了一種聚二甲基硅氧烷-紙復合型微流控芯片用于肝癌細胞三維培養(yǎng)。芯片使用明膠處理硝酸纖維素薄膜作為細胞培養(yǎng)基底,以水凝膠網(wǎng)格作為三維培養(yǎng)支撐。結合微通道主動灌流與水凝膠中的被動擴散,模擬體內(nèi)的流體運輸形式實現(xiàn)細胞與外界物質(zhì)交換。實驗結果顯示,芯片上的液滴生成以及細胞定位種植簡便可靠。連續(xù)監(jiān)測顯示肝癌HepG2 細胞在微流控芯片技術在生命科學研究中的應用微流控

16、芯片最初起源于分析化學領域，是一種采用精細加工技術，在數(shù)平方厘米的基片，制作出微通道網(wǎng)絡結構及其它功能單元，以實現(xiàn)集微量樣品制備、進樣、反應、分離及檢測于一體的快速、高效、低耗的微型分析實驗裝置。隨著微電子及微機械制作技術的不斷進步，近年來微流控芯片技術發(fā)展迅猛，并開始在化學、生命科學及醫(yī)學器件等領域發(fā)揮重要作用利用便攜式微流控芯片快速檢測微RNA(Rapid Sub-attomole MicroRNA Detection on a Portable Microfluidic Chip)利用微流控芯片技術快速、高效地檢測微RNA。 發(fā)展中國家基于微流控芯片的傳染病診斷技術(Microfluid

17、ics-based diagnostics of infectious diseases in the developing world)以盧旺達當?shù)鼐用駷闃颖?，利用微流控芯片技術進行傳染病診斷研究試驗。 基于uC_OS_II的微流體芯片嵌入式實時系統(tǒng)構建本文構建具有DNA 聚合酶鏈式反應( PCR) 和毛細管電泳(CE)分離檢測功能的微流體芯片uC/OS- II 嵌入式實時控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用32 位嵌入式微控制器ARM 實現(xiàn)PCR 擴增所需的閉環(huán)溫度控制功能, 毛細管電泳分離功能所需的高壓電場自動調(diào)度功能。uC/OS- II 嵌入式實時操作系統(tǒng)加強了系統(tǒng)的實時性。模 便攜式PCR_CE微流

18、體芯片分析儀控制系統(tǒng)設計本文設計并開發(fā)出用于DNA 聚合酶鏈式反應( PCR) 和毛細管電泳( CE) 分離的微流體芯片分析儀控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用32 位嵌入式微控制器ARM 實現(xiàn)PCR 擴增所需的3 條恒溫區(qū)的閉環(huán)溫度控制和毛細管電泳分離功能所需的高壓電場自動控制。由于對恒溫區(qū)溫度的精確控制是影響PCR 反應的關鍵因素, 因此溫度控制系統(tǒng)采 復雜結構微流體芯片中的瞬態(tài)流型研究在低質(zhì)量流速和高熱流密度下，對復雜結構微流體芯片中的流動沸騰進行了瞬態(tài)流型研究，發(fā)現(xiàn)了毫秒級微時間尺度的周期性流型和微通道中的分層流。在單個微通道區(qū)域，液膜沿流動方向逐漸增厚且蒸干總是首先發(fā)生在其上游區(qū)域，而在不同微通道區(qū)域間，下游微通道首先蒸干。分析表明，液相弗勞德數(shù)(Froude number)較低是微通道中分層流 微流體芯片在乙型肝炎病毒基因型檢測中的應用目的: 探討微流體芯片檢測乙型肝炎病毒基因型的價值。方法: 應用微流體芯片及基因測序技術檢測41例慢性乙型肝炎患者感染的乙型肝炎病毒基因型; 比較兩種方法檢測結果的一致性。結果: 41例HBV患者中B基因型21例( 5112% ) , C 基因型20例( 4818% ), 未檢測到B + C混合基因型感染。微流體芯片檢微流體芯片技術在ABO血型基因分型中的應用本研究建立一種簡單、可靠的ABO 基因檢測結果報告評估方法。利用微流