流动芯浅析微流控芯片16页PPT
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微流控芯片PPT课件
在化学分析领域的应用
化学合成
药物分析
微流控芯片可用于小规模和高通量的化学 合成，提高合成效率和产物纯度。
用于药物的分离、纯化和分析，提高药物 分析的准确性和灵敏度。
环境监测
食品安全
用于检测水、土壤、空气等环境中的有害 物质和污染物。
用于检测食品中的农药残留、重金属等有 害物质。
在环境监测领域的应用
感谢您的观看
THANKS
食品安全
用于快速检测食品中的有害物质，提高食品安全监管效率。
微流控芯片面临的挑战与解决方案
制造工艺
目前微流控芯片制造工艺成本较高，需要进一步降低成本，提高 生产效率。
流体控制
微流控芯片中的流体控制精度和稳定性有待提高，需要加强相关技 术研发。
交叉污染
不同样本间的交叉污染问题需引起重视，应加强清洗和隔离技术的 研究。
柔性电子技术的不断发展，将推动微 流控芯片在可穿戴设备、生物医学等 领域的应用。
智能化
通过与人工智能、机器学习等技术结 合，微流控芯片将具备更强的数据处 理和决策能力。
微流控芯片在未来的应用前景
生物医学研究
用于疾病诊断、药物筛选和个性化医疗等领域。
环境监测
用于实时监测空气、水质等环境参数，保障公共卫生安全。
04 微流控芯片的应用实例
在生物医学领域的应用
疾病诊断
微流控芯片可用于快速检测和诊断各 种疾病，如癌症、传染病等。
药物筛选
通过微流控芯片技术，可以快速筛选 和测试新药的有效性和安全性。
细胞培养和分化
微流控芯片可以模拟细胞生长和分化 的微环境，用于研究细胞生物学和再 生医学。
基因检测
利用微流控芯片进行基因突变、基因 表达等检测，有助于疾病的预防、诊 断和治疗。
流动的「芯」浅析微流控芯片
流动的「芯」浅析微流控芯片
更新时间：2014-3-5
资讯： 浅析微流控芯片技术 林炳承：微流控芯片技术 中国应奋起直追 微流控芯片技术大事记 IBM微流控芯片技术助力癌症诊断 微流控芯片技术Lab on Chip开启基因组DNA质量评估新方法 微流控芯片模拟药物在人体中的代谢过程
问答： 微流控芯片的进样方式有哪些？大家一般都用哪种方式进样啊？ 微流控分析系统从以电渗流为主要液流驱动手段发展到流体动力、气压、重力 、离心力、剪切力等多种手段。微流控芯片的进样方式主要还是电动进样， 即在外加电场的作用下，依靠电渗流将样品送入分离沟道。迄今为止，电动 进样主要有悬浮进样、门进样和收缩进样等几种方式。 其中悬浮进样是电动进样方式中操作最简单的一种。该方法主要是将样品废液 池接地，缓冲液池和废液池悬浮，当给样品池施加一定的电压时，样品就会 沿着进样通道向样品废液池流动，从而实现样品的装入。 采用门进样的方法是将样品池和缓冲液池的位置进行了交换，整个进样过程可 分为3 步： （1）进样前让样品池和废液池都接地，给样品池和缓冲液池分别加上一定的电 压，使缓冲液池中的缓冲液同时向废液池和样品池两个方向流动； （2）将缓冲液池和样品池悬浮一段时间，完成样品的装入； （3）使缓冲液池和样品池恢复到进样前的电位状态，样品进入分离通道，同时 也为下一次进样做好了准备。该进样方式主要特点是可以实现连续进样。 收缩进样的样品装入过程与悬浮进样不同，样品池、缓冲液池和废液池都加上 了电压，样品池接地。这样，在样品向样品池流动的同时，来自缓冲液池和 废液池的缓冲溶液也向样品池移动，制止了样品朝这两个池子方向的扩散。 收缩进样法最大的优点就是样品的进样量可以得到精确控制。
微流控芯片毛细管电泳是什么？ 就是在玻璃或石英等材料上刻制微细同道，然后加上电压进行分离的技术。 该技术集中了毛细管电泳和色谱的优势于一体，是一种崭新的分析平台， 目前国内有大连化物所，中科院及南通附属医院开展较多。
更新时间：2014-3-5
资讯： 浅析微流控芯片技术 林炳承：微流控芯片技术 中国应奋起直追 微流控芯片技术大事记 IBM微流控芯片技术助力癌症诊断 微流控芯片技术Lab on Chip开启基因组DNA质量评估新方法 微流控芯片模拟药物在人体中的代谢过程
问答： 微流控芯片的进样方式有哪些？大家一般都用哪种方式进样啊？ 微流控分析系统从以电渗流为主要液流驱动手段发展到流体动力、气压、重力 、离心力、剪切力等多种手段。微流控芯片的进样方式主要还是电动进样， 即在外加电场的作用下，依靠电渗流将样品送入分离沟道。迄今为止，电动 进样主要有悬浮进样、门进样和收缩进样等几种方式。 其中悬浮进样是电动进样方式中操作最简单的一种。该方法主要是将样品废液 池接地，缓冲液池和废液池悬浮，当给样品池施加一定的电压时，样品就会 沿着进样通道向样品废液池流动，从而实现样品的装入。 采用门进样的方法是将样品池和缓冲液池的位置进行了交换，整个进样过程可 分为3 步： （1）进样前让样品池和废液池都接地，给样品池和缓冲液池分别加上一定的电 压，使缓冲液池中的缓冲液同时向废液池和样品池两个方向流动； （2）将缓冲液池和样品池悬浮一段时间，完成样品的装入； （3）使缓冲液池和样品池恢复到进样前的电位状态，样品进入分离通道，同时 也为下一次进样做好了准备。该进样方式主要特点是可以实现连续进样。 收缩进样的样品装入过程与悬浮进样不同，样品池、缓冲液池和废液池都加上 了电压，样品池接地。这样，在样品向样品池流动的同时，来自缓冲液池和 废液池的缓冲溶液也向样品池移动，制止了样品朝这两个池子方向的扩散。 收缩进样法最大的优点就是样品的进样量可以得到精确控制。
微流控芯片毛细管电泳是什么？ 就是在玻璃或石英等材料上刻制微细同道，然后加上电压进行分离的技术。 该技术集中了毛细管电泳和色谱的优势于一体，是一种崭新的分析平台， 目前国内有大连化物所，中科院及南通附属医院开展较多。
《微流控芯片》PPT幻灯片PPT
高效便捷的操作
• 荧光+微流控技术 • 支持全血样本 • 4~10分钟完成检测 • 美国原产试剂
Micropoint Confidential 微点公司内部文件，不得外传。
准确可靠的结果
• 结果与大型免疫测试
仪一致（如西门子、 贝克曼）
• mLabs®检测仪总体精 密度CV<10%；
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BBNNBPPNBBNPNBPPNBBPNNBPPNP
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mLabs微流控芯片的性能表现
• 精确控制(在CUTOFF时的CV为8%) • 提高检测速度（4~8分钟） • 适应不同的样品和试剂（成品率高) • 提供一个更好的参数控制反应（反应模型可设计） • 宽动态范围（pg/ml-μg/ml ）
原来，在这种水母的体内有一种叫水母素的物质，在与钙离子结 合时会发出蓝光，而这道蓝光未经人所见就已被一种蛋白质吸收， 改发绿色的荧光。这种捕获蓝光并发出绿光的蛋白质，就是绿色 荧光蛋白。
Micropoint Confidential 微点公司内部文件M，icr不op得oi外nt传Co。nfidential 微点公司内部文件，不得外传。
Micropoint Confidential 微点公司内部M文ic件rop，oi不nt 得Co外nfi传de。ntial 微点公司内部文件，不得外传。
高效便捷的操作
• 德国设计 • 触摸屏设计 • 全中文界面
Micropoint Confidential 微点公司内部文件M，icr不op得oi外nt传Co。nfidential 微点公司内部文件，不得外传。
微流控芯片中的流体流动
这一部分详细阐述了微流控芯片的基本概念、制作材料、加工工艺及表征方法。 这些内容对于理解微流控芯片如何影响流体流动至关重要。
本章节深入讲解了流体静力学、动力学及传热传质的基本原理，特别是在微尺 度下的特殊现象。这些内容对于分析微流控芯片中的流体流动行为具有指导意 义。
此部分详细分析了微流控芯片中流体流动的特性，如层流、湍流、流动可视化 等。同时，还讨论了流体在微通道中的传热、传质及反应动力学等关键问题。
内容摘要
《微流控芯片中的流体流动》一书不仅为科研工作者提供了深入的理论探讨和丰富的实验数据， 也为相关领域的技术人员提供了实用的技术指导和解决方案。相信本书的将推动微流控芯片技术 的进一步发展，为相关领域的研究和应用带来新的突破。
精彩摘录
《微流控芯片中的流体流动》是一本深入探讨微流控技术领域内流体动力学特 性的专著。本书汇集了众多科研人员的智慧与实验数据，为微流控技术的进一 步发展提供了坚实的理论基础和实践指导。以下是从本书中精选的一些精彩摘 录，它们从不同角度展示了微流控技术的魅力与挑战。
本章节聚焦于微流控芯片的设计原则、优化方法及其在实际应用中的考量。作 者通过案例分析，展示了如何根据特定需求设计出高效的微流控芯片。
这一部分详细列举了微流控芯片在生物医学、药物筛选、环境监测等多个领域 的应用案例。通过这些实例，读者可以了解微流控技术的广泛应用前景。
本书的最后一部分展望了微流控技术的未来发展趋势，并指出了当前面临的挑 战和可能的研究方向。这一部分对于微流控技术发展的读者具有重要的参考价 值。
这本书给我留下了深刻的印象，不仅因为它对微流控技术的深入剖析，更因为 它对科学研究的严谨态度和对技术应用的热情。我从中领悟到，科学研究不仅 需要深厚的理论基础，还需要勇于探索和实践的精神。
微流体芯片ppt课件
High-Throughput Droplet Screening
The 36 pairs of droplet reactions used ∼ 72 nL of solution and required 1.8 min to complete. Therefore, the reagent consumption for each measurement could be reduced to 1 nL per sample, and the reaction throughput is 1200 h−1, which can be much faster by increasing the flow velocity. The screening droplets could be stored in the PDMS chip after we stopped the vacuum.
The capillary aspirates the oil when the cantilever remains in the “ up” state. When the cantilever is triggered to stay in the “down ” state, the capillary aspirates the sample. The residence time in the oil ( TO ) and sample (TS ) could be adjusted respectively to generate droplets with desired distance and volume.
Improved Sampling Technique
Combined Droplet Device Performance High-Throughput Droplet Screening
一张图看懂微流控芯片产业ppt课件
精选课件
14
08 微流控芯片相关企业
国内企业
目前，国内也涌现了大量初创微流控企业，主要集中分布在北上深及其周边地区，企业类型 分为芯片设计制造、分子诊断、细胞检测、免疫诊断、生化检测以及综合性企业，其中上市 公司也有近十家，但是国内微流控企业真正商业化的产品还屈指可数，与国外企业在微流控 产品商业化上仍有较大差距。
精选课件
PDMS芯片
玻璃芯片
8
07 微流控芯片的应用
历经二十多年的研究与发展，如今微流控芯片的含义已越来越丰富，其应用领域也从分析化
学平台扩展至医学研究、药物合成筛选、环境监测与保护、卫生检疫、司法鉴定、生物试剂
的检测、微化工等众多新领域。
分子诊断
医学研究
药物合成
蛋白质晶型筛选
微流控芯片
3D打印
9
4
精选课件
05 微流控芯片的分类
按应用领域
1.环境分析与监测类芯片
空气质量检测芯片
水质实时监测芯片
2.细胞培养与研究类芯片
重金属监测类芯片
有毒有害化合物类
细胞层受创愈合研究芯片
精选课件
细胞相互作用研究
流式细胞计数芯片
细胞常规培养芯片
5
05 微流控芯片的分类
按应用领域
3.化学分析类微流控芯片
芯片毛细管电泳类
微化工
传统化工过程中的“三传一反”在微尺度下可得到强化，基于微流控技术发展起来的微化工 ，可实现化工过程“更好”、“更快”、“更安全环保”、“更经济”的优势，有望解决传 统化工存在的设备投资大、运行和维护成本高、过程能耗、安全系数高等问题。
“更好”
“更快”
高收率 更好的选择性
高时空收率 高生产能力
14
08 微流控芯片相关企业
国内企业
目前，国内也涌现了大量初创微流控企业，主要集中分布在北上深及其周边地区，企业类型 分为芯片设计制造、分子诊断、细胞检测、免疫诊断、生化检测以及综合性企业，其中上市 公司也有近十家，但是国内微流控企业真正商业化的产品还屈指可数，与国外企业在微流控 产品商业化上仍有较大差距。
精选课件
PDMS芯片
玻璃芯片
8
07 微流控芯片的应用
历经二十多年的研究与发展，如今微流控芯片的含义已越来越丰富，其应用领域也从分析化
学平台扩展至医学研究、药物合成筛选、环境监测与保护、卫生检疫、司法鉴定、生物试剂
的检测、微化工等众多新领域。
分子诊断
医学研究
药物合成
蛋白质晶型筛选
微流控芯片
3D打印
9
4
精选课件
05 微流控芯片的分类
按应用领域
1.环境分析与监测类芯片
空气质量检测芯片
水质实时监测芯片
2.细胞培养与研究类芯片
重金属监测类芯片
有毒有害化合物类
细胞层受创愈合研究芯片
精选课件
细胞相互作用研究
流式细胞计数芯片
细胞常规培养芯片
5
05 微流控芯片的分类
按应用领域
3.化学分析类微流控芯片
芯片毛细管电泳类
微化工
传统化工过程中的“三传一反”在微尺度下可得到强化，基于微流控技术发展起来的微化工 ，可实现化工过程“更好”、“更快”、“更安全环保”、“更经济”的优势，有望解决传 统化工存在的设备投资大、运行和维护成本高、过程能耗、安全系数高等问题。
“更好”
“更快”
高收率 更好的选择性
高时空收率 高生产能力
第8章 微流控分析芯片.ppt
• 微流控分析芯片目的是通过化学分析设备的微型 化与集成化，最大限度地把分析实验室的功能转 移到便携的芯片中。
• 微流控分析芯片通过微机电加工技术把整个实验 室的功能，包括采样、稀释、加试剂、反应、分 离、检测等集成在几平方厘米的微流控芯片上， 且可多次使用，因而极大地减少了样品和分析试 剂的用量，降低了分析的成本，加快了分析的速 度，具有广泛的适用性 。
Micrograph of Liquid Chromatograph chip manufactured by Manz and co-workers at Hitachi Ltd.
• The concept of "miniaturized total chemical analysis system" or TAS was proposed by Manz et al.
• Microfabrication • Design • Separations • Biochemical Reactors • Detection
分类与特点
• 分类： 材料：硅、玻璃、石英、聚合物、复合材料 功能：分离、采样与前处理、检测、化学合成等
• 特点： 高效、低耗、集成、一致性好、昂贵
• the main reason for miniaturization was therefore to enhance the analytical performance of the device rather than to reduce its size.
• it was also recognized that a small size presented the advantage of a smaller consumption of carrier, reagent, and mobile phase.
• 微流控分析芯片通过微机电加工技术把整个实验 室的功能，包括采样、稀释、加试剂、反应、分 离、检测等集成在几平方厘米的微流控芯片上， 且可多次使用，因而极大地减少了样品和分析试 剂的用量，降低了分析的成本，加快了分析的速 度，具有广泛的适用性 。
Micrograph of Liquid Chromatograph chip manufactured by Manz and co-workers at Hitachi Ltd.
• The concept of "miniaturized total chemical analysis system" or TAS was proposed by Manz et al.
• Microfabrication • Design • Separations • Biochemical Reactors • Detection
分类与特点
• 分类： 材料：硅、玻璃、石英、聚合物、复合材料 功能：分离、采样与前处理、检测、化学合成等
• 特点： 高效、低耗、集成、一致性好、昂贵
• the main reason for miniaturization was therefore to enhance the analytical performance of the device rather than to reduce its size.
• it was also recognized that a small size presented the advantage of a smaller consumption of carrier, reagent, and mobile phase.
图解微流控芯片实验室演示文稿
3、液滴的操控技术
1）反应物的引入 A、直接进样
当反应比较简单时，可用注射泵直接将反应物包入液 滴。
第64页，共88页。
B、毛细管进样
高通量筛选需不断改变液滴的组成和浓度，为实现此 目标，可将不同的待测样品预先吸入毛细管中，形成 一系列体积较大的液滴，然后将该毛细管与微流控芯 片连接在注射泵的推动下与反应物形成小液滴并开始 反应。
第15页，共88页。
电渗驱动的特点：
• 流速大小可由外电场线性调节 • 外加电场电极可以集成在芯片上，从而缩小
了芯片流体驱动系统体积 • 各种芯片材料都可以诱导电渗流 • 流体前沿为扁平状
第16页，共88页。
三、芯片材料和芯片制作技术
第17页，共88页。
1、制作材料
• 常用的芯片材料有单晶硅片、石英、玻璃和 有机聚合物如PMMA、PDMS、PC以及水 凝胶，他们具有良好的生化相容性、光学性 能，其表面具有良好的可修饰性。下表为常 见芯片制作材料的基本性能。
第48页，共88页。
微反应器分类
第49页，共88页。
微型生物反应器主要的应用对象有：聚合酶 链反应（PCR）、免疫反应、各类酶反应 及DNA杂交反应等
第50页，共88页。
八、微分离技术
第51页，共88页。
早期的微流控芯片，在某种意义上说就
是一种微分离器件，电泳是芯片微分离中
采用最普遍的一种形式
• 微流控芯片中比表面积大，表面效应显著， 表面重要性被强化。
• 微流控芯片材质多样，增加了芯片表面的复 杂性。
• 微流控芯片中的芯片分离、反应和细胞培养 等单元技术对表面性质的需求不同。
第22页，共88页。
2、改性目的
• 减小表面非特异性作用 • 增强表面特异性作用 • 提高表面稳定性
图解微流控芯片实验室课件PPT
PDMS气动微泵驱动
常规状态下，阀门敞开 施加动力鼓入空气，薄 膜在气体压力下发生形 变，堵塞通道。撤销压 力，恢复原状。三个阀 依次如图顺序开启闭合 便可驱动流体流动。
压电微泵驱动
向压电双晶片施加方波信号时,压电双晶片在电场的作用 下发生周期性弯曲变形,进而驱动PDMS泵膜改变腔体的 容积。当压电双晶片带动泵膜向上移动时,泵腔体积增大, 腔内流体的压强减小,使入口阀打开,同时出口阀关闭,流体 在压差的作用下流入泵腔。
非机械驱动包括：电渗驱动、热气微泵驱动、光学 捕获微泵
电渗驱动：电渗驱动是当前微流控芯片中应用最广 泛的一种流体驱动技术。
优势：构架简单、操作方便、流行扁平、无脉动等。 劣势：易受外加电场强度、通道表面、微流体性质
及传热效率等因素影响，稳定性相对较差。
2、微流体控制
微流体控制是微流控芯片实验室的操作核 心，在微流控芯片实验室所涉及的进样、 混合、反应、分离、检测等过程都是在可 控流体的运动中完成的。微流体控制主要
Байду номын сангаас
胶束电动芯片色谱
在含有胶束的缓冲溶液中，实际上存在 着类似于色谱的两相，一是流动的水相， 另一相是起到固定作用的胶束相，溶质在 两相之间分配，由其在胶束中不同的保留 能力而产生不同的保留值。
芯片自由流电泳
自由流电泳是指在样品随缓冲液连续流动的正交 方向加一直流电场，使被分离物质在流动的同时 顺电场方向作电迁移，按电泳倘度大小分离，并 在流体末端被接取的一种技术(图7-22 )。其分离 度取决于流体向下流动的速度和电场的大小。
微反应技术是一种将微结构内在的优势应用到反应过程的技术，体现这种技术的设备或器件被称为微反应器。
学性能，其表面具有良好的可修饰性。下 微型生物反应器主要的应用对象有：聚合酶链反应（PCR）、免疫反应、各类酶反应及DNA杂交反应等
常规状态下，阀门敞开 施加动力鼓入空气，薄 膜在气体压力下发生形 变，堵塞通道。撤销压 力，恢复原状。三个阀 依次如图顺序开启闭合 便可驱动流体流动。
压电微泵驱动
向压电双晶片施加方波信号时,压电双晶片在电场的作用 下发生周期性弯曲变形,进而驱动PDMS泵膜改变腔体的 容积。当压电双晶片带动泵膜向上移动时,泵腔体积增大, 腔内流体的压强减小,使入口阀打开,同时出口阀关闭,流体 在压差的作用下流入泵腔。
非机械驱动包括：电渗驱动、热气微泵驱动、光学 捕获微泵
电渗驱动：电渗驱动是当前微流控芯片中应用最广 泛的一种流体驱动技术。
优势：构架简单、操作方便、流行扁平、无脉动等。 劣势：易受外加电场强度、通道表面、微流体性质
及传热效率等因素影响，稳定性相对较差。
2、微流体控制
微流体控制是微流控芯片实验室的操作核 心，在微流控芯片实验室所涉及的进样、 混合、反应、分离、检测等过程都是在可 控流体的运动中完成的。微流体控制主要
Байду номын сангаас
胶束电动芯片色谱
在含有胶束的缓冲溶液中，实际上存在 着类似于色谱的两相，一是流动的水相， 另一相是起到固定作用的胶束相，溶质在 两相之间分配，由其在胶束中不同的保留 能力而产生不同的保留值。
芯片自由流电泳
自由流电泳是指在样品随缓冲液连续流动的正交 方向加一直流电场，使被分离物质在流动的同时 顺电场方向作电迁移，按电泳倘度大小分离，并 在流体末端被接取的一种技术(图7-22 )。其分离 度取决于流体向下流动的速度和电场的大小。
微反应技术是一种将微结构内在的优势应用到反应过程的技术，体现这种技术的设备或器件被称为微反应器。
学性能，其表面具有良好的可修饰性。下 微型生物反应器主要的应用对象有：聚合酶链反应（PCR）、免疫反应、各类酶反应及DNA杂交反应等