[课件]微流控技术汇总PPT
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《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%；
Micropoint Confidential 微点公司内部文件，不得外传。
BBNNBPPNBBNPNBPPNBBPNNBPPNP
Micropoint Confidential 微点公司内部文件，不得外传。
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。
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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
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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
流动注射分析和微流控技术资料PPT精品课件
1.操作简便。 2.重现性好。 3.试剂和试样消耗量小，环境友好。 4.分析速度快。 5.适用于物理和物理化学过程研究。 6.仪器简单，易于自动化。 7. 应用范围广。
25.2. 流动注射分析
一般可将FIA过程概括为：将一定体积的试样液以“塞子” （plug）的形式，间歇地注入到处于密闭的、具有一定组成的 流动液体（试剂或水）载流中，试样塞在被载流推入反应管道 的过程中，因对流和扩散作用而分散形成具有一定浓度梯度的 试样带（sample zone）。该试样带与载流中的某些组分发生化 学反应生成可被检测的物质，最后被载流带入检测器进行检测， 并由记录仪连续记录响应信号随时间的变化情况。
典型的FIA输出信号是一个尖形峰。
FIA分析中，待测物随着试样带的移动，可形成中间浓度 高、两端浓度低的梯度曲线，此曲线实质上是试样浓度的分布 图。
双峰、负峰和不规则峰的出现可以通过改变实验条件得以 避免。
25.2.3. 流动注射分析的应用
25.2.3.1. 低分散度流动注射分析体系
当需要迅速测量试样本身性质时采用低分散度。由于不涉 及化学反应，因此要求试样尽可能集中，不经稀释地流过检测 器，即试样与载流的混合程度应尽可能地小。实际工作中，通 过增加进样体积、减小注入点与检测器响应点之间的距离、降 低泵速等措施降低试样的分散度，可获得较高的分析灵敏度。
间歇式分析，是通过机械式自动分析装置模拟手工分析步 骤的技术。
连续流动分析是将化学分析所使用的试剂和试样按一定顺 序和比例用泵和管道输送到一定的区域进行混合，待反应完成 之后再经由检测器检测反应产物并记录和显示分析结果。
25.2. 流动注射分析
25.2. 流动注射分析
连续流动分析克服了间歇式自动分析的不足，具有通用性 强、分析速度快（30 50样/h）、易于自动化的优点。然而， 连续流动分析技术也因气泡的引入而带来一些缺陷：
25.2. 流动注射分析
一般可将FIA过程概括为：将一定体积的试样液以“塞子” （plug）的形式，间歇地注入到处于密闭的、具有一定组成的 流动液体（试剂或水）载流中，试样塞在被载流推入反应管道 的过程中，因对流和扩散作用而分散形成具有一定浓度梯度的 试样带（sample zone）。该试样带与载流中的某些组分发生化 学反应生成可被检测的物质，最后被载流带入检测器进行检测， 并由记录仪连续记录响应信号随时间的变化情况。
典型的FIA输出信号是一个尖形峰。
FIA分析中，待测物随着试样带的移动，可形成中间浓度 高、两端浓度低的梯度曲线，此曲线实质上是试样浓度的分布 图。
双峰、负峰和不规则峰的出现可以通过改变实验条件得以 避免。
25.2.3. 流动注射分析的应用
25.2.3.1. 低分散度流动注射分析体系
当需要迅速测量试样本身性质时采用低分散度。由于不涉 及化学反应，因此要求试样尽可能集中，不经稀释地流过检测 器，即试样与载流的混合程度应尽可能地小。实际工作中，通 过增加进样体积、减小注入点与检测器响应点之间的距离、降 低泵速等措施降低试样的分散度，可获得较高的分析灵敏度。
间歇式分析，是通过机械式自动分析装置模拟手工分析步 骤的技术。
连续流动分析是将化学分析所使用的试剂和试样按一定顺 序和比例用泵和管道输送到一定的区域进行混合，待反应完成 之后再经由检测器检测反应产物并记录和显示分析结果。
25.2. 流动注射分析
25.2. 流动注射分析
连续流动分析克服了间歇式自动分析的不足，具有通用性 强、分析速度快（30 50样/h）、易于自动化的优点。然而， 连续流动分析技术也因气泡的引入而带来一些缺陷：
微流控ppt课件
根据上样和取样的方式不同分为完全电动， 完全压力、压力电动单通道辅助进样。
6
完全电动单通道辅助进样
完全电动单通道辅助进样简称电动进样，指 的是以电动力作为其上样、取样的驱动力， 通过电压切换，在十字交叉口处形成样品区 带并将其引入芯片样品处理通道的方法。
依据电压施加策略的不同，分为简单、悬浮、 门、夹流进样。
缺点：存在进样歧视效应，即由于样品中 各组分的电动淌度不一样，电动淌度大的 进样量大，导致区全压力单通道辅助进样
完全压力单通道辅助进样指的是仅利用压力将样品 区带引入样品处理通道的方法，简称压力进样。
在压力作用下流体的行为与样品组成、管壁带电状 态等基本无关，因此压力进样方法所引入的样品区 带在很大程度上可代表样品中各组分的真实组成， 但向微通道内施加压力操作繁琐，所需设备较精密、 较昂贵，所以该方法实际应用面较窄，主要集中于 芯片液相色谱类操作。
液滴的形成是水、油两相表面张力和剪切力 共同作用的结果。通过改变油相和水相的流 速，即改变表面张力和剪切力的相对大小， 可得到大小不同的液滴。
22
23
反应物的引入
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，以液滴形成时的条 件作为反应的初始条件，若反应步骤较多， 可以在芯片下游利用旁路通道向液滴内加入 另一种反应物，开始下一步反应。
26
27
一次性试样引入
28
1.3 气／固样品进样
气态样品也可以直接进样。 固态样品在微粒化后，经气或液体携带可
被引入芯片样品处理通道。
29
30
2 样品处理技术
2.1 萃取
2.1.1 固相萃取 2.1.2 液液萃取
2.2 过滤 2.3 电泳 2.4 色谱
6
完全电动单通道辅助进样
完全电动单通道辅助进样简称电动进样，指 的是以电动力作为其上样、取样的驱动力， 通过电压切换，在十字交叉口处形成样品区 带并将其引入芯片样品处理通道的方法。
依据电压施加策略的不同，分为简单、悬浮、 门、夹流进样。
缺点：存在进样歧视效应，即由于样品中 各组分的电动淌度不一样，电动淌度大的 进样量大，导致区全压力单通道辅助进样
完全压力单通道辅助进样指的是仅利用压力将样品 区带引入样品处理通道的方法，简称压力进样。
在压力作用下流体的行为与样品组成、管壁带电状 态等基本无关，因此压力进样方法所引入的样品区 带在很大程度上可代表样品中各组分的真实组成， 但向微通道内施加压力操作繁琐，所需设备较精密、 较昂贵，所以该方法实际应用面较窄，主要集中于 芯片液相色谱类操作。
液滴的形成是水、油两相表面张力和剪切力 共同作用的结果。通过改变油相和水相的流 速，即改变表面张力和剪切力的相对大小， 可得到大小不同的液滴。
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23
反应物的引入
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，以液滴形成时的条 件作为反应的初始条件，若反应步骤较多， 可以在芯片下游利用旁路通道向液滴内加入 另一种反应物，开始下一步反应。
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一次性试样引入
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1.3 气／固样品进样
气态样品也可以直接进样。 固态样品在微粒化后，经气或液体携带可
被引入芯片样品处理通道。
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30
2 样品处理技术
2.1 萃取
2.1.1 固相萃取 2.1.2 液液萃取
2.2 过滤 2.3 电泳 2.4 色谱
微流控(课堂PPT)
32
固相萃取
固相萃取，可以很容易的将被分析物从复制 基质中提取出来，提高后续分析的可靠性， 同时还可以对样品进行富集，降低微流控芯 片对高灵敏度检测器的依赖。
33
Chip-Based Solid-Phase Extraction Pretreatment for Direct Electrospray Mass Spectrometry Analysis Using an Array of
43
色谱
色谱法利用不同物质在不同相态的选择性分 配，以固定相对流动相中的混合物进行洗脱， 混合物中不同的物质会以不同的速度沿固定 相移动，最终达到分离的效果。
44
Fabrication of Fritless Chromatographic Microchips Packed with Conventional Reversed-Phase Silica Particles
15
16
多通道辅助进样
多通道辅助进样指的是通过设置多条辅助通
道，后经样品源向芯片处理通道内输入样 品区带。
典型的多通道辅助进样方法有双十字静压力
电动进样，双十字电动进样，多T电动进样 法等。
17
18
19
激光辅助进样
若样品带有荧光且采用荧光法检测，可不设 置辅助通道，而利用强激光对样品的漂白作 用直接在分离通道内形成样品区带。这种方 法实质上是一种“门”进样， “门”为强 激光束。大功率的激光束被分光器分为能量 不同的两束，能量大的作为“门”光速被聚 集到通道上游靠近样品池处，能量小的光束 被聚集到通道下游作为检测光束。
1.2 气、固样品进样
3
1.1 液态样品进样
芯片进样的主流是液态样品进样，实际中主要有三种形式：区带样品进样、液滴样 品进样、连续样品进样。
固相萃取
固相萃取，可以很容易的将被分析物从复制 基质中提取出来，提高后续分析的可靠性， 同时还可以对样品进行富集，降低微流控芯 片对高灵敏度检测器的依赖。
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Chip-Based Solid-Phase Extraction Pretreatment for Direct Electrospray Mass Spectrometry Analysis Using an Array of
43
色谱
色谱法利用不同物质在不同相态的选择性分 配，以固定相对流动相中的混合物进行洗脱， 混合物中不同的物质会以不同的速度沿固定 相移动，最终达到分离的效果。
44
Fabrication of Fritless Chromatographic Microchips Packed with Conventional Reversed-Phase Silica Particles
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多通道辅助进样
多通道辅助进样指的是通过设置多条辅助通
道，后经样品源向芯片处理通道内输入样 品区带。
典型的多通道辅助进样方法有双十字静压力
电动进样，双十字电动进样，多T电动进样 法等。
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激光辅助进样
若样品带有荧光且采用荧光法检测，可不设 置辅助通道，而利用强激光对样品的漂白作 用直接在分离通道内形成样品区带。这种方 法实质上是一种“门”进样， “门”为强 激光束。大功率的激光束被分光器分为能量 不同的两束，能量大的作为“门”光速被聚 集到通道上游靠近样品池处，能量小的光束 被聚集到通道下游作为检测光束。
1.2 气、固样品进样
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1.1 液态样品进样
芯片进样的主流是液态样品进样，实际中主要有三种形式：区带样品进样、液滴样 品进样、连续样品进样。
微流控芯片PPT课件
绝缘性以避免被高压击穿。散热性能好的材料有利于焦耳
热的散发。随着微通道和微结构的尺寸下降，焦耳热散发
能力随之增加，因此有机聚合物的导热能力在微尺度时重
要性也降低。芯片中的化学反应需要在高温下进行时，就
必须考虑芯片材料的耐热性，如PCR扩增用微流控芯片的
材料要能承受DNA片段变性时所需的95℃高温。
2021
微流控芯片相关制备技术
孙
珊
2012.05.08
2021
1
芯片是微流控芯片实验室的核心， 微流控芯片的研究涉及芯片的材料、尺 寸、设计、加工和表面修饰等。了解芯 片制备的全过程，体会芯片设计的重要 性，是微流控芯片研究工作的基础。未 来芯片实验室领域的竞争首先将是芯片 设计和制造的竞争。
2021
2
Contents
2021
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在所采用的分析条件下材料应是惰性的
有机聚合物能溶于某些有机溶剂中，例如聚甲基丙烯 酸甲酯（PMMA）的微结构在乙腈中会发生溶胀、塌陷甚 至堵塞等现象，而它对高浓度的甲醇则是惰性的。因此选 择聚合物材料时要考虑芯片材料和可能使用的有机溶剂间 的相容性。
材料应有良好电绝缘性和热性能
微芯片在分析时如用到电泳分离，材料应有良好的电
2021
21
掩模制备
通常的用于微电子行业的掩膜材料有镀 铬玻璃板或镀铬石英板，在它们表面均匀地 涂上一层对光敏感的光胶。用计算机制图软 件绘制微流控芯片的设计图形，再通过专用 的接口电路控制图形发生器进行光刻，可在 掩膜材料上得到所需的图形。图形发生器相 当于一架特殊的照相机。与一般照相机不同 的是这种照相机并不是由外界物体的光线通 过物镜在底片上成像，而是接受来自计算机 的输入数据成像。
第1-4章-微流控芯片PPT课件
在两块玻璃板尚未键合时板间空气间隙承担了大部分电压降玻璃板可视为平行板电容器板间吸引力与电场强度的平方成正比因此键合从两块玻璃中那些最接近的点开始下板中可移动的正电荷主要是na与上板中的负电荷中和生成一层氧化物正是这层过渡层使两块玻璃板封接该点完成键合后周围的空气间隙相应变薄电场力增大从而键合扩散开来直至整块密合
第13页/共70页
• The concept of "miniaturized total chemical analysis system" or TAS was proposed by Manz et al.
• the main reason for miniaturization was therefore to enhance the analytical performance of the device rather than to reduce its size.
微流控芯片
• Micro Total Analysis System
(MicroTAS, TAS)
微全分析系统
第3页/共70页
Why miniaturization？
Research into miniaturization is primarily driven by the need to reduce costs by reducing the consumption of expensive reagents and by increasing throughput and automation.
• A novel concept of high pressure liquid chromatog.
• a silicon chip with an open-tubular column and a conductometric detector.
第13页/共70页
• The concept of "miniaturized total chemical analysis system" or TAS was proposed by Manz et al.
• the main reason for miniaturization was therefore to enhance the analytical performance of the device rather than to reduce its size.
微流控芯片
• Micro Total Analysis System
(MicroTAS, TAS)
微全分析系统
第3页/共70页
Why miniaturization？
Research into miniaturization is primarily driven by the need to reduce costs by reducing the consumption of expensive reagents and by increasing throughput and automation.
• A novel concept of high pressure liquid chromatog.
• a silicon chip with an open-tubular column and a conductometric detector.
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。
生物芯片技术-第五章 微流控1-2014-PPT精选文档
酶标记检测 用作酶标检测的仪器是酶标仪，这种方法基本原理是 将抗原或抗体与酶偶联结合为酶标抗原或抗体，此酶标 抗原或抗体可与载体上之前固化的相应抗原或抗体发生 特异性反应，这样就在载体上引入了相应量的酶分子。 当加入相应底物后，底物被酶催化成为有色产物，有色 产物颜色的深浅直接与酶标记抗体或抗原的量相关，继 而也与固化在载体上的抗原或抗体直接相关，故可根据 呈色的深浅作定性或定量分析。
3. mixing
4. reaction 5. Sample injection
6. separation
7. detection
5.1 微流控芯片概述
材料 ：硅、玻璃、石英和有 机聚合物 单元构成：微通道、微反应 室、储液池 通道：宽20-100µm，深1030µm 通道构型：T 形、十字形和 双T形
物实验室。它把化学和生物等领
域中所涉及到的样品制备、反应、 分离、检测，以及细胞培养、分
微流控芯片
选、裂解等基本操作单元集成到
一块很小的芯片上，由微通道形 成网络，以可控流体贯穿整个系
统，用以实现常规化学或生物实
验室的各种功能。
5.1 微流控芯片概述
1. Sample preparation 2. Mass transport
5.1 微流控芯片概述
典型的微流控芯片
典型的微阵列(生物)芯片
5.1 微流控芯片概述
microfluidic 主要依托学 分析化学，MEMS 科 microarray 生物学，MEMS
结构特征 工作原理 使用次数
应用领域
微管道网络 微管道中流体控制 可重复使用
全部分析领域
微探针阵列 生物杂交为主 一般一次性
蛋白质的固化
蛋白质的固化指的就是把蛋白质分子通过各种方法固 定到载体表面上，使之在后续的实验中不会很容易的被 洗脱。 蛋白质分子在载体表面的固定通常包括物理吸附法和 共价偶联法。 物理吸附法是指 蛋白质分子通过疏水作用力、静电 作用力、范德华作用力等各种非共价键作用力固化到载 体表面的一种方法。 共价偶联法就是共价键结合法，是蛋白质分子通过酰 胺键、酯键等共价键固定到载体表面的一种方法。由于 通过共价键结合，其结合的作用力很强，所以固化后的 蛋白质分子很难被洗脱。
微流控PPT课件
7
8
9
10
11
? 简单进样和悬浮进样时上样和取样都只涉及 单方向电场，操作简单，在预实验中较常用。
? 夹流进样涉及多方向电场，可以较好的控制 样品区带的量和长度，在实际中较常用。
? 门进样可向样品处理通道内连续输入区带， 缺点是输入区带的形态不规则。
12
? 优点：操作简单，易于实施，是目前主流 的单通道辅助进样技术。
14
压力电动单通道辅助进样
? 压力电动单通道辅助进样是一种上样驱动力为压力， 取样驱动力为电动力的进样方法，简称压力电动进 样。
? 压力电动进样方法因其采用压力上样而使样品区带 能代表样品中各组分的真实组成，又因其采用电动 取样而与电泳、电色谱等重要芯片实验室单元操作 相容。与压力进样方法相似其推广也受限于压力上 样的技术门槛，但因生产压力的方式是多种多样的， 该方法在一个时期内是科学研究的热点之一，除静 压力电动进样方法外，还有注射泵致、气动微泵致 压力电动进样等。
20
1.1.2 液滴样品进样
? 液滴是近年来在微流控芯片上发展起来的一种全新的操 纵小体积液体的技术。液滴的形成类似于乳化现象，传 统的乳化是在两互不相容的液体（如油和水）中加入适 量的表面活性剂并强烈搅拌，使油分散在水中，形成乳 化液；在微流控芯片上产生液滴，是将两种互不相容的 液体，以其中一种作为连续相，另一种作为分散相，分 散相以微小体积分散在连续相中，形成液滴。
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一次性试样引入
28
1.3 气／固样品进样
? 气态样品也可以直接进样。 ? 固态样品在微粒化后，经气或液体携带可
被引入芯片样品处理通道。
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2 样品处理技术
2.1 萃取
2.1.1 固相萃取 2.1.2 液液萃取
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? 简单进样和悬浮进样时上样和取样都只涉及 单方向电场，操作简单，在预实验中较常用。
? 夹流进样涉及多方向电场，可以较好的控制 样品区带的量和长度，在实际中较常用。
? 门进样可向样品处理通道内连续输入区带， 缺点是输入区带的形态不规则。
12
? 优点：操作简单，易于实施，是目前主流 的单通道辅助进样技术。
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压力电动单通道辅助进样
? 压力电动单通道辅助进样是一种上样驱动力为压力， 取样驱动力为电动力的进样方法，简称压力电动进 样。
? 压力电动进样方法因其采用压力上样而使样品区带 能代表样品中各组分的真实组成，又因其采用电动 取样而与电泳、电色谱等重要芯片实验室单元操作 相容。与压力进样方法相似其推广也受限于压力上 样的技术门槛，但因生产压力的方式是多种多样的， 该方法在一个时期内是科学研究的热点之一，除静 压力电动进样方法外，还有注射泵致、气动微泵致 压力电动进样等。
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1.1.2 液滴样品进样
? 液滴是近年来在微流控芯片上发展起来的一种全新的操 纵小体积液体的技术。液滴的形成类似于乳化现象，传 统的乳化是在两互不相容的液体（如油和水）中加入适 量的表面活性剂并强烈搅拌，使油分散在水中，形成乳 化液；在微流控芯片上产生液滴，是将两种互不相容的 液体，以其中一种作为连续相，另一种作为分散相，分 散相以微小体积分散在连续相中，形成液滴。
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一次性试样引入
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1.3 气／固样品进样
? 气态样品也可以直接进样。 ? 固态样品在微粒化后，经气或液体携带可
被引入芯片样品处理通道。
29
30
2 样品处理技术
2.1 萃取
2.1.1 固相萃取 2.1.2 液液萃取
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。
微流控芯片简介ppt课件
性聚合物。
Applied Physics Letters, 2002, 80, 3614-3616
Schematic representation of the
fabrication
method
involving
hotembossing of thermoplastic polymer
在两块玻璃板尚未键合时板间空气间隙承担了大部分电压降玻璃板可视为平行板电容器板间吸引力与电场强度的平方成正比因此键合从两块玻璃中那些最接近的点开始下板中可移动的正电荷主要是na与上板中的负电荷中和生成一层氧化物正是这层过渡层使两块玻璃板封接该点完成键合后周围的空气间隙相应变薄电场力增大从而键合扩散开来直至整块密合
现代科学仪器，2001，4，8-12
31
芯片的封装
2．阳极键合
在玻璃、石英与硅片的封接中已广泛采用阳极键合的方法。 即在键合过程中，施加电场，使键合温度低于软化点温度。
在500-760伏电场下，升温到500oC时，可使两块玻璃片 键合。在两块玻璃板尚未键合时，板间空气间隙承担了大部分 电压降，玻璃板可视为平行板电容器，板间吸引力与电场强度 的平方成正比，因此，键合从两块玻璃中那些最接近的点开始， 下板中可移动的正电荷（主要是Na+）与上板中的负电荷中和， 生成一层氧化物（正是这层过渡层，使两块玻璃板封接），该 点完成键合后，周围的空气间隙相应变薄，电场力增大，从而 键合扩散开来，直至整块密合。
3
生物医学领域：可以使珍贵的生物样品和试 剂消耗降低到微升甚至纳升级，而且分析速 度成倍提高，成本成倍下降
化学领域：它可以使以前需要在一个大实验 室花大量样品、试剂和很多时间才能完成的 分析和合成，将在一块小的芯片上花很少量 样品和试剂以很短的时间同时完成大量实验
Applied Physics Letters, 2002, 80, 3614-3616
Schematic representation of the
fabrication
method
involving
hotembossing of thermoplastic polymer
在两块玻璃板尚未键合时板间空气间隙承担了大部分电压降玻璃板可视为平行板电容器板间吸引力与电场强度的平方成正比因此键合从两块玻璃中那些最接近的点开始下板中可移动的正电荷主要是na与上板中的负电荷中和生成一层氧化物正是这层过渡层使两块玻璃板封接该点完成键合后周围的空气间隙相应变薄电场力增大从而键合扩散开来直至整块密合
现代科学仪器，2001，4，8-12
31
芯片的封装
2．阳极键合
在玻璃、石英与硅片的封接中已广泛采用阳极键合的方法。 即在键合过程中，施加电场，使键合温度低于软化点温度。
在500-760伏电场下，升温到500oC时，可使两块玻璃片 键合。在两块玻璃板尚未键合时，板间空气间隙承担了大部分 电压降，玻璃板可视为平行板电容器，板间吸引力与电场强度 的平方成正比，因此，键合从两块玻璃中那些最接近的点开始， 下板中可移动的正电荷（主要是Na+）与上板中的负电荷中和， 生成一层氧化物（正是这层过渡层，使两块玻璃板封接），该 点完成键合后，周围的空气间隙相应变薄，电场力增大，从而 键合扩散开来，直至整块密合。
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生物医学领域：可以使珍贵的生物样品和试 剂消耗降低到微升甚至纳升级，而且分析速 度成倍提高，成本成倍下降
化学领域：它可以使以前需要在一个大实验 室花大量样品、试剂和很多时间才能完成的 分析和合成，将在一块小的芯片上花很少量 样品和试剂以很短的时间同时完成大量实验
[课件]微流控技术汇总PPT
![[课件]微流控技术汇总PPT](https://img.taocdn.com/s3/m/ac19083859eef8c75fbfb39b.png)
C、液滴的捕获[5,6]
在没有通电时，液滴会沿着主通道流向下游; 通电时，液滴会 产生极化现象，在介电电泳力的作用下液滴被捕获到微孔中
注意： ITO 铟锡氧化物 In2O3 - SnO2 它们的氧化物 具有半导体特 点,通常用它们 做成膜电极.
28
2015年4月1日
液滴技术 4、液滴的应用
随着液滴技术的发展 成熟，对液滴的研究逐步 转向应用，比较成功的例 子包括：蛋白质结晶研究 、酶分析、细胞分析、材 料制备和复杂过程模拟等 。
15
2015年4月1日
微混合和微反应技术
微混合器的分类汇总[3]
并行叠片 被动式 串联叠片
混沌对流
液滴 磁力搅拌型
微混合器
主动式
声场促进型
电场促进型 其他类型
16
2015年4月1日
微混合和微反应技术
17
2015年4月1日
液滴技术
一种在微尺度通道内，利用流动剪切力与表面张力之间的相互作 用将连续流体分割分离成离散的纳升级及以下体积的液滴的微纳 技术。它是近年来发展起来的一种全新的操纵微小液体体积的技 术[3]。主要有气-液相液滴和液-液相液滴两种。气-液相液滴由于 容易在微通道中挥发和造成交叉污染而限制了其应用。液-液相液 滴根据连续相和分散相的不同又分为水包油( O/W) ，油包水 ( W/O) ，油包水包油( O/W/O) 以及水包油包水( W/O/W) 等，可以 克服液滴挥发、交叉污染等缺点，因而是微流控液滴技术发展的 侧重所在。
18
2015年4月1日
液滴技术
水动力法
水动力法
T型通道法
微液滴生成
气动力法 光控法
电动法
液滴技术
微液滴裂分 微液滴融合 微液滴操控 混合 微液滴分选 微液滴捕获
微流控芯片简介课件
司法鉴定
通过微流控芯片技术，可以快速分析痕迹物证，如DNA、指纹等， 为司法鉴定提供科学依据。
教育科研
微流控芯片作为一种先进的实验工具，可用于学生实验教学和科研项 目的开展，提高学生的实践能力和创新能力。
THANK YOU
实验报告
根据实验结果和数据分析，撰写实验报告，对实验过 程和结果进行详细的描述和解释。实验报告需要包括 实验目的、实验方法、实验结果和数据分析等内容， 以便他人了解和重复实验过程。
04
微流控芯片的应用实 例
生物医学领域的应用
疾病诊断
微流控芯片可用于生物标志物的检测和分析，帮助医生对 疾病进行早期诊断。例如，通过检测癌症生物标志物，可 以实现癌症的早期筛查。
质参数，如水中的重金属、有机物和营养盐等。
大气污染监测
02
通过微流控芯片技术，可以实现对大气中的颗粒物、气态污染
物等的快速检测和定量分析。
生态毒理学研究
03
利用微流控芯片，可以研究污染物对生物的毒理学效应，评估
污染物的生态风险。
其他领域的应用
食品安全检测
微流控芯片可用于食品中有害物质的快速筛查和定量分析，保障食 品安全。
反应控制
在微流控芯片中，可以通过控制流体的流动来实现反应的控制。通过调节流体的流速、流 向和停留时间等参数，可以控制反应的时间、温度和浓度等因素，从而实现对待测样品的 精确分析。
信号检测
微流控芯片中通常集成了信号检测模块，用于实时监测反应过程中的信号变化。这些信号 可以是光学信号、电学信号或化学信号等，通过检测这些信号的变化，可以对反应过程进 行定性和定量分析。
微流控芯片简介课件
目 录
• 微流控芯片概述 • 微流控芯片技术基础 • 微流控芯片实验方法 • 微流控芯片的应用实例
通过微流控芯片技术，可以快速分析痕迹物证，如DNA、指纹等， 为司法鉴定提供科学依据。
教育科研
微流控芯片作为一种先进的实验工具，可用于学生实验教学和科研项 目的开展，提高学生的实践能力和创新能力。
THANK YOU
实验报告
根据实验结果和数据分析，撰写实验报告，对实验过 程和结果进行详细的描述和解释。实验报告需要包括 实验目的、实验方法、实验结果和数据分析等内容， 以便他人了解和重复实验过程。
04
微流控芯片的应用实 例
生物医学领域的应用
疾病诊断
微流控芯片可用于生物标志物的检测和分析，帮助医生对 疾病进行早期诊断。例如，通过检测癌症生物标志物，可 以实现癌症的早期筛查。
质参数，如水中的重金属、有机物和营养盐等。
大气污染监测
02
通过微流控芯片技术，可以实现对大气中的颗粒物、气态污染
物等的快速检测和定量分析。
生态毒理学研究
03
利用微流控芯片，可以研究污染物对生物的毒理学效应，评估
污染物的生态风险。
其他领域的应用
食品安全检测
微流控芯片可用于食品中有害物质的快速筛查和定量分析，保障食 品安全。
反应控制
在微流控芯片中，可以通过控制流体的流动来实现反应的控制。通过调节流体的流速、流 向和停留时间等参数，可以控制反应的时间、温度和浓度等因素，从而实现对待测样品的 精确分析。
信号检测
微流控芯片中通常集成了信号检测模块，用于实时监测反应过程中的信号变化。这些信号 可以是光学信号、电学信号或化学信号等，通过检测这些信号的变化，可以对反应过程进 行定性和定量分析。
微流控芯片简介课件
目 录
• 微流控芯片概述 • 微流控芯片技术基础 • 微流控芯片实验方法 • 微流控芯片的应用实例
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20
2015年4月1日
液滴技术
2、液滴的优点
1）体积小 所需样品微量，适合高通量筛选反应和某些样品来源有限 的反应 2）样品无扩散
21
2015年4月1日
液滴技术
3）反应条件稳定 除了消除样品分子的扩散之外，水分子的蒸发也因油相的 包围而受到抑制，液滴内的反应条件几乎不受外界影响 4）样品间的交叉污染得以避免
硅烷化
表面改性 方法
静态改性 动态改性
聚合诱导 接枝
本体掺杂
共价偶联
9
2015年4月1日
微流体驱动与控制技术
常见流体驱动技术分类[2]
流动驱动技术
机械力驱动
（系统自身机械部件的运动来驱 动流体）
非机械力驱动
（系统本身没有活动的机械 部件）
气动 微泵
离心 力驱 动
压电 微泵
10
电渗 驱动
热气 驱动
光学捕 获驱动
2015年4月1日
微流体驱动与控制技术 1、机械驱动包括：
离心力驱动，气动微泵驱动，压电微泵驱动。 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。
5
2015年4月1日
微反应器设计及制作
6
2015年4月1日
微反应器设计及制作
芯片制作
• 玻璃等芯片制作的主要步骤包括： 涂胶、曝光、显影、腐蚀、去胶、键合。
• 高分子聚合物芯片的制作技术主要包括： 热压法、模塑法、注塑法、激光烧蚀法、LIGA法和软 刻蚀法等。
7
2015年4月1日
表面改性技术
为什么要表面改性
14
2015年4月1日
微混合和微反应技术 1、微混合
由于一般微流控装置流体状态以层流为主，因此微流控的 微混合主要依靠扩散
提高层流条件下混合效率的主要原则为：
• 拉伸或折叠流体以增大流体的接触面积； • 利用分散混合设计，通过管路几何交叉设计将大的液流拆 分并重新组合，从而减小液流厚度，实现更有效混合。
11
2015年4月1日
微流体驱动与控制技术
2、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。
• 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。
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
8Hale Waihona Puke 2015年4月1日表面改性技术 表面改性的方法分类
2、按载体形式分： 1）芯片微反应器 2）毛细管微反应器 [1] 3）特殊形状的特制微反应器
（3）
（1）
4
（2）
2015年4月1日
微反应器设计及制作
微反应器制作材料
• 常用的芯片材料有： 单晶硅片、石英、玻璃、有机聚合物 如PMMA、PDMS、PC以及水凝胶 优点： 良好的生化相容性、光学性能，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。
25
2015年4月1日
液滴技术
2）液滴的融合和分裂
A、液滴融合 两种液滴融合的思路：现在芯片的不同位置平行的形成不 同的液滴，控制好各液滴生成的速度，在芯片特定的位置 汇合，在表面张力或静电力的作用下，两液滴融合。
微流控技术汇总
2015年4月1日
微流控合成条件选择
微反应器设计及制作
表面改性技术 微流体驱动与控制技术 微混合与微反应技术 液滴技术
2
2015年4月1日
微反应器设计及制作
微反应器的种类
1、按反应类型分：
均相反应器
微化学反 应器 微反应器 微生物反 应器
非均相反应器 生物大分子反 应方向
3
2015年4月1日
15
2015年4月1日
微混合和微反应技术
微混合器的分类汇总[3]
并行叠片 被动式 串联叠片
混沌对流
液滴 磁力搅拌型
微混合器
主动式
声场促进型
电场促进型 其他类型
16
2015年4月1日
微混合和微反应技术
17
2015年4月1日
液滴技术
一种在微尺度通道内，利用流动剪切力与表面张力之间的相互作 用将连续流体分割分离成离散的纳升级及以下体积的液滴的微纳 技术。它是近年来发展起来的一种全新的操纵微小液体体积的技 术[3]。主要有气-液相液滴和液-液相液滴两种。气-液相液滴由于 容易在微通道中挥发和造成交叉污染而限制了其应用。液-液相液 滴根据连续相和分散相的不同又分为水包油( O/W) ，油包水 ( W/O) ，油包水包油( O/W/O) 以及水包油包水( W/O/W) 等，可以 克服液滴挥发、交叉污染等缺点，因而是微流控液滴技术发展的 侧重所在。
12
2015年4月1日
微流体驱动与控制技术
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。微流体控制主要包括电 渗控制和微阀控制。
13
2015年4月1日
微流体驱动与控制技术
微阀控制
• 特征：低泄露、低功耗、速度快、线性范围广、适应 面广 • 举例：双晶片单向阀 原理图
22
2015年4月1日
液滴技术
5）混合迅速 液滴在通道中运动时，在液滴内部将以运动方向为 轴，形成两个循环回流。
23
2015年4月1日
液滴技术
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。
24
2015年4月1日
液滴技术
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。
18
2015年4月1日
液滴技术
水动力法
水动力法
T型通道法
微液滴生成
气动力法 光控法
电动法
液滴技术
微液滴裂分 微液滴融合 微液滴操控 混合 微液滴分选 微液滴捕获
19
流动聚焦法
共流聚焦法
参考文献[4]
2015年4月1日
液滴技术
1、液滴的形成
水溶液和油同时从不同的微通道中流出，当通道 疏水时，油浸润通道，包裹水溶液形成油包水（W/O ）型液滴；若通道亲水，过程相反，形成水包油（ O/W）型液滴。