四大微流控芯片的相关技术

微流控芯片

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，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诚小，黏性力影响增大，雷诺数变小（通常在106-101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，最终导至对流体的控制相对困难回。

2、分离技术

分离是微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200一500V/cm之间，因此在设计时应尽量设法降低负载电压。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。

3、微液滴技术

微液滴操控包括微液滴生成和微液滴驱动，按生成方式可以将操控微液滴的方法分为两大类。一类是被动法，即通过对微通道结构的特别设计使液流局部产生速度梯度来对微液滴进行操控，主要为多相流法问。该法的主要特点是可以快速批量生成微液滴;另一类是主动法，即通过电场力、热能量等外力使液流局部产生能量梯度来对微液滴进行操控，主要包括电润湿法口、介电电泳法、气动法和热毛细管法。该法的主要特点是可以对单个微液滴的操控。与传统连续流系统相比川，离散化微液滴系统有一系列潜在优势，如消耗样品和试剂量更少，混合速度更快，不易造成交叉污染，易于操控等。

4、检测技术

分离物的高灵敏度检测对于微流控芯片有着重要意义。目前，微流控芯片的检测方法大体上可以分为3类：光学检测、电化学检测及质谱学检测。

紫外吸收检测法是-种常规光学检测法，相应的检测器已经趋于成熟，但由于芯片的通道小、灵敏度不高，因此该方法已经不能够满足对低浓度和极微量样品分析的要求。激光诱导荧光检测是所有荧光检测中灵敏度最高的一种方法。多数情况下其检测下限可达10*10-10~12molL，所以该方法得到了广泛的应用。

电化学检测有安培法、电导法和电位法3种基本模式，其中安培法是应用最普遍的一种方法。其基本原理是：测量化合物在电极表面受到氧化或还原反应时，会失去或得到电子，产生与分析物浓度成正比的电极电流，通过测量微通道中的电流即可得到溶液浓度的变化情况。电化学检测的灵敏度可以与荧光检测相媲美，同时，因为微电极可以加工到芯片。上，因此更适合于微芯片的检测。质谱检测的原理是根据分子质荷比的不同而达到检测的目的。其最大优点是能够提供分子空间结构信息，因此在生物大分子（如蛋白质）的结构研究方面具有独到之处。但因为质谱检测系统本身比芯片还要大，所以也很难实现整个系统的微型化。单一的检测方法将很难完成全部检测任务，因此应对多种检测方法的联合使用及新的检测方法进行研究。

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