微流控芯片的设计制备及应用研究

微流控芯片的设计制备及应用研究微流控芯片是一个以微米级别的通道为主要构成单元的微型化

实验室，利用传统的微加工技术进行制造，适用于不同领域的实验、检测和研究。因其具有小体积、高通量、低成本、高精度、

快速分析等特点，在医学、生物、化学和工程等领域被广泛应用。

1. 微流控芯片的结构

微流控芯片通常由多层结构构成，包括进样孔、通道、反应室、控制器等多个功能模块。其中，进样孔与通道是最常见的结构，

前者用于将样品进入流道，后者用于将样品导向至不同位置。

通道的设计十分重要，需要考虑到微通道的特性。微通道相比

大通道，流体对于对流和扩散作用非常敏感。在微米级别的通道中，普通的流体运动模式失效，需要考虑流体与壁面之间的微观

反弹作用，以及壁面微米级别的差异对流体的影响。因此，在设

计微通道时，需要考虑到流体速度、壁面深度、宽度、曲率等这

些微观特性。另外，微通道还需要设计不同的分支及阻塞结构以

实现针对特定样品的快速、准确进样及分析。

2. 微流控芯片的制备

微流控芯片的制备通常采用光刻、靶向蚀刻工艺和微喷雾成型

技术。其中，光刻技术是一种利用半导体加工制造中的光阻膜和

掩模膜形成图案的过程。利用Etching或者电镀蚀等方法，在外部

镀层或者外部半透明掩膜上，通过紫外线照射暴露所需要的部分，发生的化学反应使得某些部分暴露出来形成所需要的结构。

靶向蚀刻工艺是通过等离子体等或者化学反应使得某一个区域

产生不同的反应，从而得到所需要的结构。微喷雾成型技术是一

种可以实现多层薄膜堆叠的技术，其基本策略是在一个固定位置

上不断喷涂材料，使之在一定的条件下凝固，最终制备出所需要

的结构。

以上技术各有优缺点，可以根据需要进行选择，还可进行多层

深度和三维深层结构刻画、SiO2玻璃电子开孔、Pili微流控芯片

制作和具有金属结构的微机械零件等更加复杂形状和表面结构的

制备。

3. 微流控芯片的应用

微流控芯片的应用十分广泛，可以用于化学合成反应的分析、

微流动式细胞培养、单细胞分析、蛋白质电泳分离、DNA芯片等

方面。具体应用例子如下：

（1）化学反应分析：微流控芯片可以用于微反应器的构建和

化学反应的分析，例如已经用于催化反应、合成反应，有望在医学、污染物检测、环境治理等领域实现广泛应用。

（2）细胞研究：微流控芯片也有利于单个细胞的分析。流动

式细胞培养技术产生了整个领域的突破，大大改善了与细胞相互

作用的性能，使细胞集合体中特定细胞的形态、功能、迁移以及

相对平衡的信号转导等研究变得可能。

（3）生物应用：微流控芯片可以用于将PCR扩增产物进行分离、净化，并用于基因检测。

总的来说，微流控芯片不仅具有在现有领域内广泛应用的广泛

特性，还可以极大地发展新的领域和应用范畴，因此其研究和应

用前景广阔，为微型化实验室分析技术的发展奠定了坚实的基础。