微流控

微流控是指對微尺度流體，特別是亞微米結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確控制和操控的一種技術(shù)，芝加哥大學(xué)Rustem F. Ismagilov教授Z早提出了微流控芯片，并且在以后的幾年獲得了廣泛的關(guān)注與應(yīng)用。微流控是一個包含了微加工和生物工程，物理學(xué)，化學(xué)，工程學(xué)的交叉學(xué)科。微表明了如下特性：（1）裝置本身占用體積小（2）能量消耗低（3）體積微?。?）容量微小。

微分離技術(shù)

從某種意義上而言，早期的微流控芯片就是一種微分離器件，芯片微分離中Z普遍采用的一種形式就是電泳。

1.膠束電動芯片色譜

實際上有和色譜類似的兩相存在于含有膠束的緩沖液中，分別為起到膠束相以及水相，其中膠束相起到固定的作用在兩相之間對溶質(zhì)進(jìn)行分配，因為其在膠束中的保留能力不一樣，因此產(chǎn)生的保留值也不相同。

2.芯片自由流電泳

自由流電泳是指將一個直流電場加在樣品隨緩沖液連續(xù)流動的正交方向，使得被分離物質(zhì)在流動的同時順電場方向作電遷移，根據(jù)電泳倘度的大小分離，并且在流體尾部被接取的技術(shù)，電場的大小以及流體向下流動的速度決定了分離度。

3.介電電泳

在不均勻的電場下放置電中性顆粒，其會誘導(dǎo)極化產(chǎn)生，并且其和電場相互作用而使電泳動現(xiàn)象產(chǎn)生。

4.自由溶液區(qū)帶芯片電泳

自由溶液區(qū)帶芯片電泳是指直接利用物質(zhì)的質(zhì)荷比不同在開關(guān)通道中實現(xiàn)分離的一種電泳形式，在各種電泳分離中，其也是Z基本的一種，具有相對比較少的影響因素，在芯片上容易實現(xiàn)。

5.介質(zhì)篩分芯片電泳

利用生物大分子和篩分介質(zhì)之間的動態(tài)交纏作用根據(jù)分子質(zhì)量的大小不同將被分離物質(zhì)分開的一種技術(shù)，叫做篩分電泳，這種電泳分離模式應(yīng)用Z為廣泛，其在傳統(tǒng)的平板電泳和毛細(xì)管電泳中研究Z多。

6.電色譜

因為對于一些強疏水物質(zhì)，自由溶液區(qū)帶芯片電泳的效果不是很好，所以，就需要將色譜分配的概念引入到電泳過程中。通過不同組分分配不同的系數(shù)來對分離強化。芯片電泳和液相色譜在某種程度上的結(jié)合就是芯片電動色譜，使MEMS技術(shù)的高精確度

離心式微流控芯片(centrifugal microfluidic chip)系統(tǒng)是指依托微機電加工技術(shù)往CD形狀的芯片上集成在化學(xué)分析的采樣、預(yù)處理、衍化、混合及檢測等過程中涉及的微型化了的閥、流動管道、混合反應(yīng)器、加熱器、分離裝置、檢測器等部件。液流驅(qū)動力使用離心力來使用于液流檢測分析的微流控體系得以實現(xiàn)。當(dāng)將溫度控制、檢測以及正在發(fā)展的信息存取和處理和個微流控系統(tǒng)進(jìn)行組合的時候，就會使能夠運行各種綜合分析功能的系統(tǒng)形成。

特點

該體系動力部分僅僅需要一個普通的馬達(dá)即可，對于空間的要求非常的小，消耗的功率也非常的低，鑒于其對流體的物理化學(xué)性質(zhì)不敏感，因此能夠用來對血液,尿液以及一些有機溶劑等生物流體進(jìn)行驅(qū)動。其除了能夠?qū)σ后w進(jìn)行驅(qū)動以外，其還能夠?qū)怏w進(jìn)行驅(qū)動。所以其具有非常廣泛的使用范圍。其在不同尺寸范圍的管道中的流體也非常適合驅(qū)動，這個特點表示其能夠獲得大范圍的流速，能夠非常方便的進(jìn)行調(diào)節(jié)。

根據(jù)現(xiàn)在的發(fā)展水平而言，離心力驅(qū)動能夠?qū)?nL/S一0.1mL/S范圍內(nèi)的流速獲得，要大于其他幾種驅(qū)動技術(shù)流速的調(diào)節(jié)范圍，通過對馬達(dá)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行改變就能夠?qū)α魉俚拇笮∵M(jìn)行調(diào)節(jié)。能夠非常方便的調(diào)節(jié)。離心式芯片的多重平行分析單元能夠?qū)Χ喾輼悠愤M(jìn)行在線檢測。

原理

在離心式CD微流控芯片中,微通道的作用方向(徑向向外)與離心力一致。微通道的分布為沿著圓盤的徑向分布。在靠近圓盤ZX的儲液池中預(yù)先裝入流體。當(dāng)馬達(dá)帶動圓盤旋轉(zhuǎn)時，在離心力的作用下流體的運動方向沿著微通道網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)離圓心轉(zhuǎn)向邊緣。由于高聚物的表面通常均是憎水的,流體流動的唯yi驅(qū)動力是離心力，通道內(nèi)的毛細(xì)作用力幾乎沒有。

微流控是指對微尺度流體，特別是亞微米結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確控制和操控的一種技術(shù)，微表明了如下特性：（1）裝置本身占用體積?。?）能量消耗低（3）體積微?。?）容量微小。

微流控的發(fā)展

1.大規(guī)模微量分析工具

其在本質(zhì)上就是相關(guān)分析的載體，它的特點為效率高和用量少，前景非常的廣闊，在環(huán)境監(jiān)測，家庭YL護(hù)理，反恐以及生物安全方面均有涉及。

2.新的科學(xué)技術(shù)

因為的本質(zhì)，決定它更多的應(yīng)用是作為載體，作為工具使用，需要其他的科學(xué)技術(shù)來對微流控的發(fā)展進(jìn)行支撐和推動，除此以外，微流控的發(fā)展關(guān)鍵還取決于對交叉學(xué)科兼容系統(tǒng)的建立。

3.商業(yè)化的轉(zhuǎn)變

對微流體裝置系統(tǒng)的設(shè)計和制造，向著商業(yè)化的方向發(fā)展是必然的結(jié)果，如果這個東西雖然很好，但是在商業(yè)方面卻沒有很強的使用價值，那么這個東西的意義就會失去。除此以外，還有產(chǎn)權(quán)問題和兼容性和材質(zhì)的選擇性問題。

4.高價值應(yīng)用領(lǐng)域

通過將與生物學(xué)相結(jié)合，被用來用作疾病的檢測和診斷病原體，從而使由ZL疾病到預(yù)防疾病的目的得以Z終達(dá)到。偏遠(yuǎn)地區(qū)人民的身體檢查、家庭化驗室以及生物鑒定病人對藥物的臨床反應(yīng)均體現(xiàn)了這方面的發(fā)展。

5.科學(xué)研究

在科學(xué)方面的研究主要在實驗室的研究工作，特別是代謝組學(xué)，蛋白質(zhì)組學(xué)，基因組學(xué)的分析以及對DNA/RNA的分析有所體現(xiàn)。

6.制藥行業(yè)的試驗載體

在制YF面對于微流控的應(yīng)用主要使用用來對新藥的質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控和優(yōu)化，人體服用之后的效果通過對新藥對細(xì)胞或者組織的作用以及細(xì)胞或者組織引起的反應(yīng)進(jìn)行觀察來預(yù)測。其本質(zhì)就是細(xì)胞或者組織的載體。

流動驅(qū)動技術(shù)

流動驅(qū)動技術(shù)包括機械力驅(qū)動（即是流體由系統(tǒng)自身機械部件的運動來驅(qū)動）以及非機械驅(qū)動（即是系統(tǒng)本身沒有活動的機械部件）。機械力驅(qū)動又分為氣動微泵驅(qū)動、離心力驅(qū)動、壓電微泵驅(qū)動，而非機械驅(qū)動又分為電滲驅(qū)動、熱氣驅(qū)動以及光學(xué)捕獲驅(qū)動。

壓電微泵驅(qū)動：

將方波信號向著壓電雙晶片施加的時候，在電場的作用下，壓電雙晶片發(fā)生周期性彎曲變形，從

微流控是指對微尺度流體，特別是亞微米結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確控制和操控的一種技術(shù)，芝加哥大學(xué)Rustem F. Ismagilov教授Z早提出了微流控芯片，并且在以后的幾年獲得了廣泛的關(guān)注與應(yīng)用。微流控是一個包含了微加工和生物工程，物理學(xué)，化學(xué)，工程學(xué)的交叉學(xué)科。微表明了如下特性：（1）裝置本身占用體積?。?）能量消耗低（3）體積微?。?）容量微小。

微流控技術(shù)的特點

20世紀(jì)80年代興起了微流控，并且在微進(jìn)樣技術(shù)，微熱力學(xué)技術(shù)，DNA芯片，芯片實驗室得到了發(fā)展，1μm-1mm為微流控研究的空間特征尺度范圍，微液滴技術(shù)是一種新的微液滴制備方式，其是由微流控發(fā)展而來，相比于傳統(tǒng)化學(xué)分析平臺，其有許多優(yōu)勢，例如單分散性好，通量大等。

微流控在生物技術(shù)上的應(yīng)用

微流控技術(shù)不僅用于有機合成、微反應(yīng)器和化學(xué)分析等，而且在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域其也發(fā)揮了越來越重要的作用，目前為止，體外仿生模型以及臨床診斷儀器為其兩個重要的應(yīng)用方向。

體外模型

“器官芯片”(Organs-on-Chips)，是指微流控芯片利用仿生微結(jié)構(gòu)和水凝膠等生物材料對組織和器官水平的生理功能在體外的實現(xiàn)。如此能夠使動物實驗和傳統(tǒng)兩維細(xì)胞培養(yǎng)的不足得以彌補，能夠?qū)χ匾纳聿±磉^程實時的觀察和動態(tài)的操控，使藥物的研發(fā)效率和研究水平得以提高。目前為止，針對肺、腸、心、腎和骨 髓等器官的重要特征的相應(yīng)的微流控體外仿生芯片已經(jīng)被建立了。在系統(tǒng)生物學(xué)研究中，在組織和器官水平對于單個基因或信號通路的功能的研究已經(jīng)成為不可或缺的重要步驟。

臨床診斷

臨床診斷通常具有很多優(yōu)點，包括體積小和攜帶方便，集成的功能多，消耗樣品少，操作簡便以及檢測速度快等。所以其對于床邊（POC）診斷的發(fā)展尤其適合，其具有巨大的潛力，可以使診斷流程簡化，使YL結(jié)果提高。

微流控是指對微尺度流體，特別是亞微米結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確控制和操控的一種技術(shù)，傳統(tǒng)的單相微流控芯片技術(shù)發(fā)展出了微液滴芯片，三入口T型微液滴芯片設(shè)計Z早由芝加哥大學(xué)Rustem F. Ismagilov教授首先提出并在之后的幾年中得到廣泛關(guān)注和應(yīng)用。微流控是一個包含了微加工和生物工程，物理學(xué)，化學(xué)，工程學(xué)的交叉學(xué)科。微表明了如下特性：（1）裝置本身占用體積?。?）能量消耗低（3）體積微?。?）容量微小。

優(yōu)勢

微流控芯片微液滴操控系統(tǒng)具有一系列潛在優(yōu)勢:

（1）較好的重復(fù)性

如今，聚二甲基硅氧烷( PDMS)作為制作微流控芯片的材料被廣泛的應(yīng)用，其對氣體有一定的通透性，其會在一定程度上影響以PDMS為芯片材料,且對實驗環(huán)境要求苛刻的分析研究。然而互不相溶的惰性連續(xù)相包將微液滴埋其中,這使得微液滴內(nèi)活性組分的抗干擾性大大增強了。除此之外，,每個微液滴均為一個獨立的分析單元,所以使得檢測的重復(fù)性相應(yīng)地提高了。

(2)精確操控容易

以介質(zhì)的電潤濕法為基礎(chǔ)，對于個微液滴的操控的靈活性已顯示出了強大。通道內(nèi)微液滴的傳輸、混合和分離能夠通過電腦編程控制可精確地實現(xiàn)。與此同時通過深入研究相關(guān)理論以及對芯片通道的設(shè)計不斷優(yōu)化，發(fā)展出了越來越成熟的多相流法同時對大量微液滴的jing準(zhǔn)操控技術(shù)。

(3)簡單的裝置操作

由于微流控連續(xù)流系統(tǒng)通道內(nèi)樣品溶液相互貫，因此在檢測分析時，有著很高的微芯片整體的密封性要求。死體積不能有。泄露之處更不能有。有時還需要有很多閥門集成。因此整體裝置有著較為復(fù)雜的制作工藝。而離散化微液滴操控系統(tǒng)由于微液滴是其分析單元作為一個完整分析單元的微液滴之間并沒有直接關(guān)聯(lián)，因此使得芯片制作的要求在一定程度上降低了。與此同時，微液滴間的混合以及微液滴內(nèi)組分含量能夠通過對流體流速比的調(diào)節(jié)就能被改變。若采取多相流法,僅僅需要一套檢測系統(tǒng)與幾個微量注射泵就能夠使得在微流控芯片上對微量物質(zhì)的合成和檢測得以實現(xiàn)