微流控电泳芯片
微流控芯片结构
微流控芯片结构
微流控芯片是一种将微纳米加工技术与流体力学相结合的新型微纳米流体学平台。
它
具有微型化、自动化、高通量、多参数化等诸多优势，成为当前生物学、化学、医学、环
境等领域研究的热点和前沿技术。
微流控芯片的结构分为上下两个层面，其中上层为导流层，下层则为处理层。
导流层
是用于控制流体流动方向和速度的结构，处理层则是用于完成特定实验和反应的区域。
两
层结构可以通过多种方式相互连接，通常采用“粘合法”和“蒸发法”进行固定。
导流层的结构通常包括主通道、分支通道、混合器、分离器等。
主通道用于输送试样
或试剂，分支通道则为主通道提供支路，混合器和分离器则分别用于实现混合和分离的目的。
同时，导流层还可以根据实验需要设计不同形态的微型阀门结构，如“Y”型阀门、“T”型阀门等。
处理层则是用于完成特定实验和反应的微型化实验室。
它的结构包括微通道、微腔室、微柱阵列、电极等。
在微通道中，通过控制流体的流动和混合，实现需要的化学反应和生
物分析。
微腔室则可以用来进行细胞培养和药物筛选等实验。
微柱阵列可以用来进行DNA
片段的分离和纯化等实验。
电极可以用来进行电泳、电化学反应等实验。
总之，微流控芯片结构的设计需要根据实验需求，灵活选择导流层和处理层的结构，
并且在制备过程中需要注意微纳米制造技术的要求，以保证实验效果和可靠性。
未来，随
着微流控芯片技术的不断发展和创新，相信它将有更广泛的应用和更深入的研究。
微流控芯片设计
微流控芯片设计微流控芯片是一种基于微纳米技术的芯片，利用微小通道结构对流体进行控制和操纵，广泛应用于生物医学、微流体研究和实验室诊断等领域。
微流控芯片设计是指根据应用需求和研究目的，设计和制造微流控芯片的过程。
本文将介绍微流控芯片设计的一般步骤和相关技术。
微流控芯片设计的步骤主要包括需求分析、流体模拟、通道结构设计、流体控制设计和芯片制造等。
在需求分析阶段，首先需要明确芯片的应用目的和功能要求。
比如，如果是用于细胞分析和操纵，需要设计相应的通道结构和流体控制系统。
同时也需要确定芯片的尺寸和材料等基本参数，这将直接影响到后续的流体模拟和通道设计。
在流体模拟阶段，利用计算机辅助工具对芯片中的流体行为进行模拟和分析。
主要包括流体流动、混合、携带和分离等流体行为。
通过模拟可以得到各种参数的数值结果，从而优化芯片的设计和流体控制方案。
通道结构设计是微流控芯片设计的核心环节。
通道的设计要考虑流体的流动速度、扩散性能、可控精度和稳定性等因素。
通道的形状、尺寸和布局等都需要进行精确设计。
有各种通道结构可供选择，如直线通道、曲线通道和分叉通道等。
流体控制设计是指对流体在芯片中进行精确控制和操纵。
常用的流体控制方法有电泳、压力驱动、电极仿真和阀门控制等。
具体的方法选择要根据应用需求和实验要求来确定。
流体控制系统的设计需要考虑实验的复杂性和可操作性。
芯片制造阶段是将设计好的微流控芯片制作出来。
常用的制造方法有光刻、微流控芯片制作和流体连接等。
其中光刻是将设计好的通道结构图案转移到芯片上。
微流控芯片制作是将光刻得到的芯片玻璃芯片和流道结构与PDMS复合，从而形成最终的芯片。
流体连接是将芯片与其他设备、泵和控制系统连接起来，以便进行实验和操作。
综上所述，微流控芯片设计是一个复杂的过程，需要多学科的知识和专业的技术。
通过合理的需求分析、流体模拟、通道结构设计、流体控制设计和芯片制造等步骤，可以设计出性能优良的微流控芯片，应用于生物医学、微流体研究和实验室诊断等领域。
可用于蛋白质分析检测的U盘型微流控芯片电泳装置
用于蛋白质分析检测的U盘型
微流控芯片电泳装置
作者：郝天姿杨绪鹏刘阳春
指导教师：于冰丛海林
所在学校：青岛大学获奖等次：二等奖
作品简介：
微流控芯片是由各反应结构单元灵活集成的一类电泳系统。
我们通过模板浇铸法和干膜刻蚀法构建了一个新型的U盘型便携式硅橡胶微流控芯片电泳装置，实现了微流控芯片在超低电压下对蛋白质混合样品的基线分离和微流控装置安全、灵便易携带的要求。
图1. 用于蛋白质分析检测的U盘型微流控芯片电泳装置实物图
科学性：
现代分离分析技术的一个重要研究方向是微型化发展，许多前人的工作已经证明微流控芯片可用于低电压检测分离物质，因此我们制备的U盘型微流控芯片电泳装置微型化程度高，且可利用USB接口的超低电压完成对蛋白质混合样品的检测分离具有可行性。
图2. U盘型微流控芯片电泳装置与毛细管电泳仪外形与分离效果对比图创新性：
1.该装置是首个仅通过电脑USB接口自动取电完成蛋白质检测分离的装置，降低了对分离电压的要求；
2.采用了Ag/AgCl为参比电极，Pt为辅助电极，富勒烯修饰的Au为工作电极的三电极电化学检测模式，使检测结果更精准，分离效果更完美。
图3. U盘型微流控芯片电泳装置操作示意图
实用性：
由于本作品具有体积小、易携带、分离效率高、检测耗时短等优点，可将其应用在分离检测蛋白质、激素和生化样品等领域，对该类领域的商业化发展有一定的意义。
医学检测中微流控芯片的应用
医学检测中微流控芯片的应用医学检验是对病人的血液、体液、分泌物或脱落细胞等标本，进行化验检查，以获得病原、病理变化及脏器功能状态等资料。
医学检验分为临床检验与医学实验技术两方面。
标签：医学检验；化验；临床检验引言检验医学是社会主义现代化建设所需要的、具备基础医学、临床医学、检验医学等方面的基本理论、基本知识和基本技能，知识面宽、能力强，素质高，能在各级医院、血站及防疫等部门从事医学检验及医学类实验室工作的检验医师。
医学检验是对病人的血液、体液、分泌物或脱落细胞等标本，进行化验检查，以获得病原、病理变化及脏器功能状态等资料。
医学检验分为临床检验与医学实验技术两方面。
临床检验是临床医生确诊的必要手段之一，而医学实验技术主要侧重于实验操作方面，为研究所、实验室输送实验师（技师）。
1微流控芯片概述微流控芯片(Microfluidic)，又称芯片实验室(Lab on a Chip)或者微全分析系统(MicroTotal Analysis Systems，μ-TAS)[1]，就是通过分析化学、微机电加工(MEMS)、计算机、电子学、材料科学及生物学、医学的交叉实现从试样处理到检测的整体微型化、自动化、集成化与便携化[2]。
这样通常需要在一个实验室中进行的实验可以在一块芯片系统上进行，大大提高了实验速度，减少了所需的样本剂量，节省了昂贵的化学试剂，降低了化学污染。
它充分体现了当今分析设备微型化、集成化与便携化的发展趋势。
目前，微流控芯片主要应用于单核苷酸多样性检测、基因诊断、蛋白质分析等前沿技术领域。
微流控分析芯片是通过微细加工技术将微管道、泵、微阀、微储液器、微电极、微检测元件、窗口和连接器等功能元器件，像集成电路一样集成在芯片材料上[3]。
制作方法在传统的光刻和刻蚀的基础上发展模塑法、热压法、激光切蚀法、LIGA技术和软光刻方法[4]。
2微流控芯片在医学检测中的应用2.1 离子检测离子分析在环境科学、生命科学以及食品工业等许多领域中都有重要的用途。
微流控芯片制作的工艺
微流控芯片制作的工艺微流控芯片制作工艺微流控芯片是一种在微米尺度下操作液体的芯片，它具有高度集成化和高效性能的优点，广泛应用于生物医学、化学分析、环境监测等领域。
在微流控芯片的制作过程中，需要经过一系列工艺步骤，以实现精确的控制和操控微小液滴的目的。
微流控芯片的制作一般采用光刻技术。
这是一种利用光敏胶的特性进行图形转移的工艺。
具体步骤包括：在硅片上涂覆光敏胶层，然后将光掩模放置在胶层上，通过紫外光照射，使得胶层在光掩模的掩盖区域发生化学反应，形成图案。
接着，通过显影和清洗等步骤，将未曝光的胶层去除，得到所需的芯片结构。
微流控芯片的制作还需要进行湿法腐蚀。
湿法腐蚀是指通过将芯片浸泡在酸性或碱性溶液中，使得芯片表面的某些区域被溶解掉，从而形成所需的微通道结构。
湿法腐蚀的工艺参数要根据具体的芯片设计需求进行选择，包括溶液的浓度、温度和腐蚀时间等。
然后，微流控芯片的制作还需要进行胶粘剂的加工。
胶粘剂主要用于将芯片与其它器件进行粘接，以实现整体的封装和固定。
胶粘剂的选择要考虑其对微流控芯片和液体样品的相容性，以及粘接的强度和稳定性等因素。
微流控芯片的制作还需要进行微通道的封闭。
微通道封闭是指使用合适的材料对芯片上的微通道进行封堵，以避免液体泄漏和交叉污染。
常用的封闭材料有PDMS（聚二甲基硅氧烷）和热熔胶等。
封闭材料的选择要考虑其与芯片材料的相容性、封堵效果和操作的方便性等。
微流控芯片的制作还需要进行芯片测试和封装。
测试是指对制作好的芯片进行性能评估和功能验证，以确保其达到设计要求。
封装是指将芯片封装在适当的载体上，以方便连接和使用。
常用的封装方式有贴片封装和薄膜封装等。
微流控芯片的制作工艺包括光刻、湿法腐蚀、胶粘剂加工、微通道封闭、芯片测试和封装等步骤。
这些工艺步骤的精确控制和操作能力对于制作高质量的微流控芯片至关重要。
随着微纳制造技术的不断发展，微流控芯片的制作工艺也将不断完善和创新，为微流控技术的应用提供更多可能性。
微流控芯片五大优点及四大缺点分析
微流控芯片五大优点及四大缺点分析微流控的五大优点（一）集成小型化与自动化微流控技术能够把样本检测的多个步骤集中在一张小小的芯片上，通过流道的尺寸和曲度、微阀门、腔体设计的搭配组合来集成这些操作步康，最终使整个检测集成小型化和自动化。
（二）高通量由于微流控可以设计成为多流道，通过微流道网络可以同时将待检测样本分流到多个反应单位，同时反应单元之间相互隔离，使各个反应互不相干扰，因此可以根据需要对同一个样本平行进行多个项目的检测。
与常规逐个项目检测相比，大大缩短了检测的时间，提高了检测效率，具有高通量的特点。
（三）检测试剂消耗少由于集成检测的小型化，使微流控芯片上的反应单元腔体非常小，虽然试剂配方的浓度可能有一定比例的提高，但是试剂使用量远远低于常规试剂，大大降低了试剂的消耗量。
（四）样本量需求少由于只在小小的芯片上完成检测，因此需要被检测的样本量需求非常少，往往只需要微升甚至纳升级别。
此外还可以直接用全血进行检测，对于婴儿、老人、残疾人这些血量少、静脉采集困难的人群，使其检测更加方便;或者是非常珍贵稀少的样本，使其多项指标检测成为可能。
（五）污染少由于微流控芯片的集成功能，原先在实验室里需要人工完成的各项操作全部集成到芯片上自动完成，使人工操作时样本对环境的污染降低到最低程度。
例如在分子核酸类检测中，无论是样本本身，还是制备后准备用于检测的核酸，均会对实验室造成污染，气溶胶的扩散使得后续样本检测容易出现假阳性。
这也是为什么常规分子核酸类检测需要至少在3个房间分别进行不同的操作。
微流控技术的使用很好的解决了这一问题。
正因为微流控具有以上几个重要的优势和优点，使其成为了POCT的首选。
而我们判断这类产品在市场上有没有需求和竞争力，可以从这几个方面上进行判断。
微流控的四大缺点（一）核心技术缺乏规范和标准一个成熟的微流控产品，往往需要配套使用的试剂，核心的微流控芯片，芯片驱动平台，光电检测模块，信号处理模块以及人机。
微流控芯片的研究及产业化
微流控芯片的研究及产业化一、本文概述随着科技的飞速发展和微纳技术的深入应用，微流控芯片作为一种新兴的技术平台，已经在多个领域展现出巨大的潜力和应用价值。
本文旨在对微流控芯片的研究及产业化进行全面的概述和探讨。
我们将简要介绍微流控芯片的基本概念、特点和优势，阐述其在生物医学、药物筛选、环境监测等领域的重要应用。
我们将重点分析微流控芯片的研究现状，包括芯片设计、制造工艺、检测技术等方面的最新进展。
在此基础上，我们将探讨微流控芯片产业化的现状、面临的挑战以及未来的发展趋势。
我们将提出促进微流控芯片产业化的建议和措施，以期为我国微流控芯片领域的发展提供参考和借鉴。
二、微流控芯片的设计原理微流控芯片，又称微全分析系统（μ-TAS），是一种将生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块几平方厘米的芯片上的技术。
其核心设计原理主要基于微型化、集成化和高通量的理念。
微型化是微流控芯片最显著的特征之一。
通过微加工技术，在芯片上构造出微米级的流通通道和结构，可以实现对微量样品的高效操控和处理。
这种微型化不仅降低了样品的消耗，还提高了分析的灵敏度和准确性。
集成化是微流控芯片设计的另一重要原则。
通过在芯片上集成多个单元操作，可以实现样品的连续、自动化处理，从而大大简化了实验操作过程，提高了分析效率。
集成化还使得微流控芯片成为了一种便携式的分析工具，便于在现场或实地进行实时分析。
高通量是微流控芯片设计的另一关键目标。
通过在芯片上并行处理多个样品或反应，可以显著提高分析的通量，从而满足大规模样品分析的需求。
在微流控芯片的设计过程中，还需要考虑流体的控制、热量的传递、化学反应的动力学等因素。
通过精确控制流体的流动和混合，以及优化反应条件，可以实现高效、快速、准确的生物化学反应分析。
微流控芯片的设计原理涉及到微型化、集成化和高通量等多个方面。
通过不断优化设计理念和技术手段，微流控芯片有望在生物、化学、医学等领域发挥更大的作用，推动相关产业的快速发展。
filmarray检测原理
filmarray检测原理一、引言FilmArray是一种快速、可靠、高通量的分子诊断技术，可以在一个小时内检测出多种病原体。
它通过PCR扩增和电泳分离的方式对样本中的核酸进行检测。
本文将详细介绍FilmArray检测原理。
二、样品处理首先，需要对样品进行处理，以便于电泳分离和PCR扩增。
FilmArray使用的是裂解剂和磁珠技术来提取样品中的核酸。
首先，样品加入到试管中，并加入裂解剂，使细胞壁破裂并释放核酸。
然后，加入磁珠来吸附核酸，并将其从其他杂质中分离出来。
最后，用洗涤液洗去杂质，并用缓冲液溶解核酸。
三、PCR扩增接下来，对样品中的核酸进行PCR扩增。
FilmArray使用了一种多重PCR技术，可以同时扩增多个基因片段。
这种技术被称为Nested PCR（嵌套式PCR）。
Nested PCR包括两轮PCR反应：第一轮PCR 反应扩增目标DNA片段；第二轮PCR反应在第一轮反应产物基础上扩增内部片段。
Nested PCR可以提高PCR反应的特异性和敏感性。
四、电泳分离PCR扩增后，需要将产物进行电泳分离。
FilmArray使用微流控芯片来进行电泳分离。
微流控芯片是一种微型实验室，可以在非常小的空间内完成多个反应步骤。
在FilmArray中，每个微流控芯片包含多个小孔，每个小孔都包含一种检测目标（例如细菌、病毒等）的PCR产物。
这些PCR产物被注入到小孔中，并与荧光探针结合。
然后，将荧光探针注入到小孔中，并使用激光器对其进行激发。
如果PCR产物与荧光探针结合，则会发出荧光信号。
该信号被检测器检测并记录。
五、数据分析最后，需要对收集到的数据进行分析和解读。
FilmArray使用了一种名为“查找表”的算法来解读数据。
查找表是一个预先定义好的数据库，其中包含了各种病原体的DNA序列信息以及相应的荧光信号阈值范围。
当收集到荧光信号时，算法会将其与查找表中的信息进行比对，并确定检测到的病原体种类和数量。
纳米粒子毛细管电泳／微流控芯片新技术及其在手性分离中的应用
手 性 固定相 ， 色氨 酸 和 儿 茶 酚 的异 构 体进 行 了较 对
效 、 敏的手性 分 离分 析 方 法对 于对 映 体 的立 体 选 灵
择性 合成 、 药理 研究 、 手性 纯度检 测 和环境 检测都 具
有 十分重 要 的意义 。 目前 ， 应用 于 手性 分 析 的 色谱 技 术 主 要有 薄 层
色 谱 （ Ｌ 、 效 液 相 色 谱 （ Ｌ 、 相 色 谱 Ｔ Ｃ） 高 ＨＰ Ｃ） 气 （ ） 超 临界流 体 色谱 （ Ｆ 和毛 细 管 电泳／ ＧＣ 、 Ｓ Ｃ） 电色 谱（ Ｅ Ｃ Ｃ ／ ＥＣ） 等 ” 。Ｎ Ｃ ／ Ｐ Ｅ ＭＣ技 术 自 ２ ０ ０ ０年 首次 用 于手性 分离 以来 ， 以其 高效 、 速 、 于操 快 易 作等 优点 而备 受 关注 ， 关 的研 究也 逐 年 增 多 。 目 相
好 的拆分 。 分 子 印 迹 聚 合 物 （ ｌｃ ｌｒｉ ｒ ｔｄ ｐ ｌ— ｍｏｅ ｕａ ｍｐ ｉ ｅ ｏｙ ｎ ｍｅｓ ＭＩ ｓ 是 通过 分子 印迹技 术 合成 的对 特定 目 ｒ， Ｐ ） 标 分子 （ 模板 分 子 ） 其 结构 类 似 物 具 有 特 异 性 识 及 别 和选择性 吸附 的聚 合物 。Ｎ ｌｓ ｎ等¨ ｉ ｏ ｓ ” 以 普 萘 洛尔 为模 板 分 子 制备 出 ２ ０— ０ ｍ 的分 子 印 ０ ５ ０ｎ 迹 纳米粒 子 ， 其 添加 于 电泳运 行 缓 冲溶 液 中对 普 将 萘 洛尔外 消旋 体 进行 了手 性 分离 。实验 中 ， 了消 为 除 纳米粒 子 在 毛细 管 壁 的吸 附 而对 检 测 产 生 的影 响， 采取 了 区段灌 注 技 术 （ ａｔ ｌ ｉｉｇｔｃ ｎｑ ｅ ｐ ｒ ａ ｆｌ ｅ ｈ ｉｕ ， ｉ ｌｎ Ｐ 。随后 ， 研究 组 又 同时 以 Ｓ 普 萘 洛尔 和 ｓ 罗 Ｆ） 该 一 一
PMMA微流控芯片注射成型多目标优化实验研究
第 54 卷第 7 期2023 年 7 月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.54 No.7Jul. 2023PMMA 微流控芯片注射成型多目标优化实验研究吴旺青，雷益华，单志颖，蒋炳炎(中南大学 机电工程学院，极端服役性能精准制造全国重点实验室，湖南 长沙，410083)摘要：随着微流控技术的不断发展和聚合物材料的广泛应用，注射成型技术因其快速、低成本、大批量的生产等优势而成为聚合物微流控芯片成型制造的主要方式之一，但也存在微结构成型难、残余应力与宏观变形等问题。
为表征聚合物微流控芯片成型能力、研究工艺参数对成型质量的影响，采用正交实验研究熔体温度、注射压力、注射速度、保压压力和保压时间对聚甲基丙烯酸酯(PMMA)微流控芯片微通道复制度、残余应力、宏观翘曲变形三种指标的影响规律，并利用灰色关联分析法对三种指标进行多目标优化得到最优工艺参数。
研究结果表明：影响微通道复制度最主要的因素是注射速度和熔体温度，影响残余应力与翘曲变形最主要的因素是熔体温度；利用正交实验对三种指标优化得到的最优参数存在差异，而利用灰色关联分析方法进行多目标优化得到了微通道复制度高、残余应力小和翘曲变形小的高质量芯片。
最优注射成型工艺参数如下：熔体温度为245 ℃、注射压力为160 MPa 、注射速度为50 cm 3/s 、保压压力为70 MPa 和保压时间为5 s 。
关键词：微流控芯片；注射成型；多目标优化中图分类号：TQ320.66 文献标志码：A 文章编号：1672-7207（2023）07-2630-12Experimental study on multi-objective optimization of PMMAmicrofluidic chip injection moldingWU Wangqing, LEI Yihua, SHAN Zhiying, JIANG Bingyan(State Key Laboratory of Precision Manufacturing for Extreme Service Performance, School of Mechanical andElectrical Engineering, Central South University, Changsha 410083, China)Abstract: With the continuous development of microfluidic technology and the wide application of polymer materials, injection molding technology has become one of the main ways of polymer microfluidic chip molding and manufacturing because of its advantages of fast speed, low cost and mass production. However, there are also some problems such as difficulty in forming microstructure, residual stress and macroscopic deformation. In order to characterize the molding ability of polymer microfluidic chip and study the influence of process parameters on收稿日期： 2022 −09 −02； 修回日期： 2022 −11 −18基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金重点国际(地区)合作研究项目(51920105008) (Project(51920105008) supported bythe National Natural Science Foundation of China for Key International(Regional) Joint Research Program)通信作者：吴旺青，博士，教授，从事高聚物微纳成型加工理论与应用研究；E-mail ：**************.cnDOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.07.010引用格式： 吴旺青, 雷益华, 单志颖, 等. PMMA 微流控芯片注射成型多目标优化实验研究[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2023, 54(7): 2630−2641.Citation: WU Wangqing, LEI Yihua, SHAN Zhiying, et al. Experimental study on multi-objective optimization of PMMA microfluidic chip injection molding[J]. Journal of Central South University(Science and Technology), 2023, 54(7): 2630−2641.第 7 期吴旺青，等：PMMA微流控芯片注射成型多目标优化实验研究molding quality, the influence of melt temperature, injection pressure, injection speed, holding pressure and holding time on microchannel complex system, residual stress and macroscopic warp deformation of polymethacrylate(PMMA) microfluidic chip was studied by orthogonal experiment. The optimal parameters were obtained by multi-objective optimization of the three indexes using grey correlation analysis method. The results show that the injection speed and melt temperature are the most important factors affecting the microchannel replication, and the melt temperature is the most important factor affecting the residual stress and warpage deformation. The optimum parameters of the three indexes are different from each other by orthogonal experiment, and the high quality chip with high complex microchannel system, low residual stress and small warpage deformation is obtained by multi-objective optimization using grey correlation analysis method. The optimal parameters are as follows. The melt temperature is 245 ℃, the injection pressure is 160 MPa, the injection speed is50 cm3/s, the pressure holding pressure is 70 MPa and the pressure holding time is 5 s.Key words: microfluidic chip; injection molding; multi-objective optimization随着科技的进步，实验室检测技术的要求也越来越高，尤其是在化学分析、医学检验、生命科学等领域[1−2]。
微流控芯片技术及其应用
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: Microfluidic chip technology originated from analytical chemistry, adopts microfabrication technologies to make microchannels on a chip about several square centimeters. The technology can integrate the sample’s injection, separation and detection into a single chip. The advantage of microfluidics is rapid, high efficiency and low consumption. With the progress of microelectronics and other microfabrication techniques, the technology of microfluidic chip developed rapidly recent years, and began to play more and more important roles in chemistry, biology and medical instruments. This artical introduced the related technologies of microfluidic chip, and then mainly expounded its applications in protein research, cell research, DNA analysis and detection, and bionic research.Keywords: microfluidic chip; life science; 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。
微流控电泳芯片
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异硫氰酸酯荧光素标记的氨基酸电泳图
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中国科学院大连化学物理研究所微流控芯片课题组
▪ PDMS-玻璃药物筛选芯片
▪ PDMS-玻璃药物筛选芯片
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▪ 玻璃-PDMS-玻璃微泵驱动免疫芯片 ▪ PDMS-玻璃细胞研究芯片
5苏波，崔大付，刘长春，等.光纤型微流控电泳芯片的研制 [J].测控技术，2005,12（11）:5-8.
6马亮波，徐溢，梁静，等.微流控芯片电泳电导检测分析分 析尿蛋白[J].分析化学，2011,39（8）：1123-1128.
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(2)低消耗:微流控分析的试样与试剂消耗已降 低到数微升水平，并随着技术水平的提高， 还有可能进一步减少。这既降低了分析费用 和贵重生物试样的消耗，也减少了环境的污 染。
（3）高通量：具有平行处理分析多个样品的 能力。微流控芯片实验室的 基本特征和最大 优势是多种单元在微小平台上的灵活组合和 大规模集成，高通量是大规模集成的一种形 式。
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集成化微流控芯片未来的发展趋势
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PDMS 微流控电泳芯片的制备
在一载玻片上甩一层适当厚 度的SU-8负胶，然后借助 光刻技术制作微流控沟道的 模具，在模具上浇注聚二甲 基硅氧烷（PDMS），脱模 后获得微流控沟道，最后经 过修饰、封装等工序制成 PDMS微流控电泳芯片。
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微流控芯片电泳及其法医学应用
微流控芯片电泳及其法医学应用微流控芯片电泳技术是一种利用微流控技术，对样品进行定量分离和净化的方法。
它以微米级的流道网络为基础，利用电场将样品分离。
微流控芯片电泳技术具有分离效率高、试剂消耗少、操作简单、实验时间短和自动化程度高等优点，因此在法医学领域有着广泛的应用。
一、微流控芯片电泳技术的原理。
微流控芯片电泳技术的核心是利用电场使带电物质在电泳缓冲液中向电极移动的方法对样品进行分离。
该技术主要分为两种类型:毛细管电泳和微型片上电泳。
毛细管电泳是利用一根毛细管进行分离，广泛应用于DNA和蛋白质的分离。
而微型片上电泳是将毛细管电泳中的电泳缓冲液和电极等组件集成到一个微型芯片中，实现设备的微小化和自动化。
二、微流控芯片电泳技术在法医学中的应用。
微流控芯片电泳技术广泛用于法医学中的DNA分离、检测和分析等领域，例如：1.鉴定个体身份。
DNA分析是一种常用的方法来鉴定个体的身份。
微流控芯片电泳可以对DNA进行分离，产生DNA条带，从而确定个体的基因型。
2.判断亲子关系。
微流控芯片电泳技术可以利用DNA比较来判断亲子关系，例如在婚姻家庭纠纷和遗产继承等方面的应用。
它可以通过DNA指纹（DNAfingerprint）和单体多态性（SNP）对物证（如血、精液和口腔拭子等）和样品（如毛发和指甲等）进行检测。
3.痕迹分析。
微流控芯片电泳技术可以对追踪物（如爆炸物、毒品和花粉等）进行检测，用于犯罪现场的痕迹分析。
三、总结。
微流控芯片电泳技术是一种先进的生物技术，在法医学领域具有广泛的应用前景。
通过有效地利用微流控芯片电泳技术，可以精确地检测和分析DNA或其他生物分子从而诊断和预防一些疾病、揭示血缘关系和依据犯罪物证推断犯罪和判断刑事案件的真相。
微流控芯片PPT课件
操作程序简述
不同功能的微流控芯片的制作 样品处理 利用不同的方法如微过滤或双向电泳分离细胞、DNA等样品； 生物化学反应 依照微流控芯片的功能类型，在控制温度的微量反应池中进行PCR扩增DNA、酶反应或免疫反应； 结果检测 经芯片杂交后，检测激光激发的荧光信号或酶的显色反应。
芯片实验室应用和发展
信号采集的控制与检测
光学检测法：激光诱导荧光，化学发光和紫外吸收等光学检测器至今仍是主流检测手段。 激光诱导荧光是目前最灵敏的检测方法之一。微流控的主要研究对象核酸、蛋白质、氨基酸等可以通过荧光标记进行检测，因此，激光诱导荧光监测器是一种应用最早，并且至今仍沿用的光学检测器。 其他检测方法还有电化学的检测，质谱检测，光谱检测以及一些基于生物反应器的检测。
separation
buffer
1-3ｈ
Gel electrophoresis
Connector made for PCR application, the complete PCR is done in the chip and connector:
微流控芯片与微阵列芯片有显著的不同，它主要依托分析化学和生物学，芯片的构造为微管道网络结构，通过微管道中的流体控制来实现分离和分析的目的，一张芯片可重复使用数十至数千次；而微阵列芯片主要依托生物学，通过生物分子之间的杂交实现检测的目的，一张芯片一般只使用一次。
进样及样品前处理
微流控芯片分析系统的尺寸微小，内部进行的是体积在皮升至纳升级的操作，与其联系的外部分析对象或样品储存系统则通常是体积在微升、毫升以上。这种微观系统和宏观系统的衔接决定了微流控芯片系统样品引入的特殊性。
液态样品进样方式取决于其样品源的内置与外置。一般都采用样品源内置的方法，即芯片上有一个储液池来容纳样品源，因其与微通道直接相连，进样时只需要对样品施加压力或电动力即可，进样相对简单；而外置的样品源则需要导管，并要求导管与芯片接口嵌合极佳，一般较难实现。固态样品需进行流体化后才能进样。细胞样品通常采用低压驱动以防止细胞破裂。
微流控芯片五大优点及四大缺点分析
微流控芯片五大优点及四大缺点分析微流控的五大优点（一）集成小型化与自动化微流控技术能够把样本检测的多个步骤集中在一张小小的芯片上，通过流道的尺寸和曲度、微阀门、腔体设计的搭配组合来集成这些操作步康，最终使整个检测集成小型化和自动化。
（二）高通量由于微流控可以设计成为多流道，通过微流道网络可以同时将待检测样本分流到多个反应单位，同时反应单元之间相互隔离，使各个反应互不相干扰，因此可以根据需要对同一个样本平行进行多个项目的检测。
与常规逐个项目检测相比，大大缩短了检测的时间，提高了检测效率，具有高通量的特点。
（三）检测试剂消耗少由于集成检测的小型化，使微流控芯片上的反应单元腔体非常小，虽然试剂配方的浓度可能有一定比例的提高，但是试剂使用量远远低于常规试剂，大大降低了试剂的消耗量。
（四）样本量需求少由于只在小小的芯片上完成检测，因此需要被检测的样本量需求非常少，往往只需要微升甚至纳升级别。
此外还可以直接用全血进行检测，对于婴儿、老人、残疾人这些血量少、静脉采集困难的人群，使其检测更加方便;或者是非常珍贵稀少的样本，使其多项指标检测成为可能。
（五）污染少由于微流控芯片的集成功能，原先在实验室里需要人工完成的各项操作全部集成到芯片上自动完成，使人工操作时样本对环境的污染降低到最低程度。
例如在分子核酸类检测中，无论是样本本身，还是制备后准备用于检测的核酸，均会对实验室造成污染，气溶胶的扩散使得后续样本检测容易出现假阳性。
这也是为什么常规分子核酸类检测需要至少在3个房间分别进行不同的操作。
微流控技术的使用很好的解决了这一问题。
正因为微流控具有以上几个重要的优势和优点，使其成为了POCT的首选。
而我们判断这类产品在市场上有没有需求和竞争力，可以从这几个方面上进行判断。
微流控的四大缺点（一）核心技术缺乏规范和标准一个成熟的微流控产品，往往需要配套使用的试剂，核心的微流控芯片，芯片驱动平台，光电检测模块，信号处理模块以及人机交互的软件系统等等组件。
陈缵光-毛细管电泳和微流控芯片-原理-仪器-应用20090622
毛细管电泳与微流控芯片原理·仪器·药物分析中应用陈缵光中山大学药学院Prof Chen Zuan-guang,PhD Tel:135****9017****************药物分析前沿技术人类基因组计划的提前完成，毛细管电泳技术起了至关重要的作用。
毛细管电泳经过二十年的发展，理论、方法、仪器已比较完善，在各学科领域得到了广泛应用。
被认为是二十世纪九十年代最重要的分析方法之一。
微流控芯片技术，将采样、预处理、加试剂、反应、分离、检测等集成在微芯片上进行，具有分析速度快、信息量大、试剂消耗量少、污染少、进样量少、操作费用低、仪器体积小等特点。
目前的微流控芯片，主要为芯片毛细管电泳。
前言主要内容毛细管电泳4321原理仪器在药物分析中的应用在临床化学中的应用2仪器3在药物分析中的应用4在临床化学中的应用1原理微流控芯片Capillary Electrophoresis （CE ）指以高压电场为驱动力，以毛细管为分离通道，依据样品中各组分之间淌度和分配行为等差异而实现高效、快速分离的一种电泳新技术。
毛细管电泳方法特点●高效柱效几十万至上千万理论板数／米●快速分析时间不超过30分钟●微量进样微升级，消耗纳升级●应用广无机、有机离子、生物大分子至整个细胞●自动化计算机程序化控制●成本低、污染少运行的缓冲溶液仅几毫升HV 高压电源( 0–30kV); C 毛细管; E 缓冲液槽; Pt 铂电极; D 检测器; S 样品; DA 数据采集系统一个高压源一根毛细管一个检测器两个缓冲液瓶一台计算机Signal sourceDetectorSignal基本装置主要内容毛细管电泳4321原理仪器在药物分析中的应用在临床化学中的应用2仪器3在药物分析中的应用4在临床化学中的应用1原理微流控芯片pH>2.5的碱性或弱酸性的溶液中，毛细管内表面Si-OH 基电离而带负电荷，固-液介面形成双电层, 溶液表面带正电1毛细管电泳原理在电场作用下,溶液表面正电荷带动溶液整体移动, 形成电渗流－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－电渗（electroosmotic ）液体相对于带电的管壁移动的现象。
微流控芯片特点
微流控芯片特点微流控芯片是一种集成了微流控技术的微型芯片，它具有一系列特点，可以用来进行精确的流体控制和操作。
本文将从多个方面对微流控芯片的特点进行详细解释，并在标题中心扩展下进行描述。
1. 高度集成化：微流控芯片是将流体控制所需的各种功能集成到一个微型芯片中，因此具有高度集成化的特点。
它可以实现多种功能，如样品分离、混合、反应等，大大简化了实验操作流程，提高了实验效率。
2. 小尺寸：微流控芯片通常具有微米级别的尺寸，其通道宽度和深度可以控制在几十微米到几百微米范围内。
由于其小尺寸的特点，可以减少试剂和样品的消耗，同时也可以降低实验的成本。
3. 高灵敏度：微流控芯片具有高灵敏度的特点，可以实现对微量样品的精确控制和检测。
微流控芯片中的微通道和微阀门可以对流体进行精确的操控，实现微流动的操作。
同时，微流控芯片还可以与光学、电化学等传感器结合，实现对样品的高灵敏度检测。
4. 快速响应：微流控芯片具有快速响应的特点，可以在短时间内完成样品的分离、混合、反应等操作。
由于微流控芯片具有小尺寸和高灵敏度的特点，可以实现快速的流动和混合，大大缩短了实验的时间。
5. 低成本：由于微流控芯片的小尺寸和高度集成化的特点，可以减少实验所需的试剂和样品的消耗，从而降低实验的成本。
另外，微流控芯片的制造工艺也在不断改进，使其成本进一步降低，逐渐实现商业化的应用。
6. 可重复使用：微流控芯片通常采用高质量的材料制造，具有良好的耐用性和稳定性，可以多次使用。
在实验操作中，只需更换样品和试剂，而不需要更换芯片，节省了时间和成本。
7. 高精度：微流控芯片具有高精度的特点，可以实现对样品的精确控制和检测。
微流控芯片中的微通道和微阀门可以精确控制流体的流速和流量，实现对样品的精确分离、混合和反应。
8. 多功能性：微流控芯片具有多功能的特点，可以实现多种样品的处理和操作。
微流控芯片可以用于生物分析、药物筛选、环境监测等领域，广泛应用于生物学、化学、医学等科学研究和实验室应用中。
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集成化微流控芯片未来的发展趋势
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PDMS 微流控电泳芯片的制备
在一载玻片上甩一层适当厚 度的SU-8负胶，然后借助 光刻技术制作微流控沟道的 模具，在模具上浇注聚二甲 基硅氧烷（PDMS），脱模 后获得微流控沟道，最后经 过修饰、封装等工序制成 PDMS微流控电泳芯片。
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ห้องสมุดไป่ตู้
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(2)低消耗:微流控分析的试样与试剂消耗已降 低到数微升水平，并随着技术水平的提高， 还有可能进一步减少。这既降低了分析费用 和贵重生物试样的消耗，也减少了环境的污 染。 （3）高通量：具有平行处理分析多个样品的 能力。微流控芯片实验室的 基本特征和最大 优势是多种单元在微小平台上的灵活组合和 大规模集成，高通量是大规模集成的一种形 式。
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在制作电路板时，电路板上铜线的宽度 是衡量一个国家电子水平的标准之一。 目前我国的民用电路板的线宽已经能够 做到80μm,线的厚度可以达到75μm， 这两个指标和经常制备的微流控电泳芯 片的沟道尺寸相一致，所以可以利用电 路板制作技术制作芯片。
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这种方法的缺点是：（1）需要制作掩模板，价格较贵；（2） 模具的制作条件和工艺要求较高，很难推广使用；（3）制 作过程中要使用某些化学试剂，污染比较严重。
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异硫氰酸酯荧光素标记的氨基酸电泳图
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中国科学院大连化学物理研究所微流控芯片课题组
PDMS-玻璃药物筛选芯片 PDMS-玻璃药物筛选芯片
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玻璃-PDMS-玻璃微泵驱动免疫芯片
PDMS-玻璃细胞研究芯片
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微流控芯片的电泳技 术是指以电场方式驱 动样品在芯片的微管 道中流动，然后再通 过光电倍增管 （Photo Multiplier Tube,PMT）将被测 试样品所产生微弱信 号转换为电信号，并 被该信号进行采集与 处理。
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文-献-资-料
1于冰，任玉敏，丛海林，等.微流控芯片电泳的研究进展[J]. 分析测试学报，2011,30（9）:1067-1073. 2苏波，崔大付，耿照新.PDMS微流控电泳芯片的快速制备 [J].功能材料与器件学报，2006,12（4）:285-288. 3李孟春.集成光纤的微流控电泳芯片制作技术[J].科学通报， 2007,52（3）:358-360. 4廖红华，于军，廖宇，等.微流控电泳芯片微电导检测器的 研制[J].微计算机信息，2008,24（6-2）：282-284. 5苏波，崔大付，刘长春，等.光纤型微流控电泳芯片的研制 [J].测控技术，2005,12（11）:5-8. 6马亮波，徐溢，梁静，等.微流控芯片电泳电导检测分析分 析尿蛋白[J].分析化学，2011,39（8）：1123-1128.
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(4)易集成:用微加工技术制作的微流控芯片部 件具有微小的尺寸，使多个部件与功能有可 能集成在数平方厘米的芯片面积上。在此基 础上易制成功能齐全的便携式仪器，用于各 类样品的分析。微流控芯片的微小尺寸使材 料消耗甚微，当实现批量生产后芯片成本可 望大幅度降低，而有利于普及。
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微流控芯片的优点
分析系统通过在微米级通道与结构中实现微型化， 不仅带来分析设备尺寸上的变化，而且在分析性能 上也带来众多的优点。
(1)高效率:微流控分析系统具有极高的效率，许多微 流控芯片可在数秒至数十秒时间内自动完成测定、 分离或其他更复杂的操作。分析和分离速度常高于 相对应的宏观分析方法一至二个数量级。其高分析 或处理速度既来源于微米级通道中的高导热和传质 速率(均与通道直径平方成反比)，也直接来源于结 构尺寸的缩小。
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利用电路板制作技术加工出电路板模具，并 用此模具制作出了PDMS微流控电泳芯片， 最后在该芯片上对用异硫氰酸酯荧光素 (FITC)标记的氨基酸进行了分离，结果证实 了该方法的可行性。 电路板的制作费用远远小于掩模板的制作费 用；用这种方法制作的模具比用SU-8胶制作 的模具结实耐用；并且电路板的制作厂家非 常多，制作周期短，设计好图形后，经加工 很快可以获得所需的模具。
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应用
微流控芯片在微型化、集成化和便 携化等方面的巨大潜力，使它在环 境保护、生物化学、医学卫生、临 床检测、食品卫生、司法鉴定、药 品检测、毒品和兴奋剂检测、农业 化学、生物医药工程和生命科学等 领域得到广泛的应用。
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廖红华等结合电导测量原理以及计算机智能化技术，设计 了一种适合微流控电泳芯片电容耦合非接触电导检测器， 该检测器的信号调理电路不仅可应上不同用于微电导检测， 还可配上不同的传感器用于其它测量微弱电流信号的场合。 马亮波等基于自行构建的微流控芯片电泳集成非接触式电 导检测分析系统，建立了一种集进样、分离与检测为一 体的微流控芯片电泳电导检测蛋白质的方法，并用于人 白蛋白(HSA)和人转铁蛋白(TRF)两种尿蛋白的分离分析 以及肾病综合症病人尿液中自蛋白的定量检测.
微流控电泳芯片
内容
1简介 2优点
3制备
4应用
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简 介
“微全分析系统”的概念是由Manz等于20世 纪90年代首先提出，是集进样、样品处理、 分离检测为一体的微型检测和分析系统。微 流控芯片是其主要部件，采用微电子机械系 统技术集成了微管道、微电极等多种功能元 器件。微流控芯片技术(Microfluidics)是把生 物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、 分离、检测等基本操作单元集成到一块微米 尺度的芯片上， 自动完成分析全过程。