第8章 微流控分析芯片

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微流控分析芯片

微流控分析芯片

微流控分析芯片微流控芯片是一种集成了微流体控制和微分析功能的微小尺寸芯片,常用于生物医学和化学分析领域。

它通过微小的通道和阀门控制样品、试剂的流动,并通过电极和传感器实时监测和分析反应过程,具有高效、灵敏和精确的特点。

下面将详细介绍微流控分析芯片。

微流控分析芯片的结构包括流道结构、阀门结构、电极结构和传感器结构。

流道结构用于在芯片内部建立微小的流通路径,一般采用陶瓷或聚合物材料制作,通道的大小和形状可以根据需要进行设计和调整。

阀门结构则用于控制样品和试剂的进出,常用的有基于压力控制、电场控制和温度控制的阀门。

电极和传感器结构则用于检测和监测反应过程中的电化学信号或光信号,以实现实时监测和定量分析。

微流控分析芯片的工作原理是基于微流体的诸多特性。

首先是微流体的流动速度快,通常在纳米到毫米每秒之间,这使得样品和试剂的混合效果更加均匀,反应速度更快。

其次是微流体的扩散效应好,表面积和质量传递速度都得到了提高,这有利于反应的发生。

再次是微流体的表面效应明显,尤其是当反应物浓度较低时,微流体可以通过增加反应物和试剂之间的接触面积,提高反应的敏感度。

此外,微流体还具有低样品消耗、低成本和易于自动化等优点。

微流控分析芯片可以进行多种分析操作,如样品的预处理、混合和分离、反应过程的实时监测等。

在样品的预处理方面,可使用微流控芯片中的阀门和通道进行样品的过滤、浓缩和易位等操作,以提高分析的准确性和灵敏度。

在混合和分离方面,可以通过芯片中的微通道和阀门,将不同的试剂和溶液进行有效的混合和分离,以实现反应的发生和产物的提取。

在反应过程的实时监测方面,可以通过芯片中的电极结构和传感器结构,对反应过程中的电化学信号、光信号等进行实时检测和分析。

微流控分析芯片在生物医学和化学分析领域具有广泛的应用。

在生物医学方面,可用于病原体检测、基因分析、蛋白质分析等方面。

例如,可以通过微流控芯片对血液中的细菌和病毒进行检测和鉴定,以实现快速和准确的诊断。

生化、制药专业毕业论文文献综述综述

生化、制药专业毕业论文文献综述综述

微污染物-微生物活性的微流控芯片直接检测1. 研究的目的和意义环境监控已越来越为人们所需要,这就要求有合适的实时检测设备。

微流控芯片(Microfluidic Chip)将化学、生物、医学等领域所涉及的样品的选择、制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一个几平方厘米(甚至更小)的微芯片上,通过微通道结构来控制流体流动,从而完成不同的化学或生物反应过程,并对其产物进行分析,它为生化分析新局面的开创提供了一个新的研究平台。

通俗点,就是将实验室搬到微芯片上,微流控芯片为环境监控提供了一种合适的分析监测设备。

本文介绍了以色谱纸为基材制作了纸基微流控芯片的基本概况、芯片的发展现状、芯片的制作、芯片检测方法,并将纸基微流控和微污染物-微生物的活性相结合,对微污染物-微生物活性的微流控芯片直接检测进行了初步研究。

2. 微流控芯片的基本概况一种新兴的芯片技术——微流控芯片技术以其快速分析、低消耗、微型化和自动化等特点发展非常迅速。

微流控芯片(又称芯片实验室)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。

它具有将化学和生物实验室的基本功能微缩到一个几平方厘米芯片上的能力,已经显示了重要的应用前景。

该技术是在分析化学领域发展起来的,它以分析化学为基础,以微机电加工技术、微流体驱动或者控制、检测技术为依托,以微通道网路为结构特征,以化学和生命科学为主要应用对象,把整个实验室的功能集成到芯片上,而且制作简便,作为一种新兴的科学技术,微流控研究已经涉及化学、生物学、工程学和物理学等诸多领域,学科交叉性强,分析化学则是其第一轮也是最直接的一个应用领域[1]。

近年来,微流控研究发展迅速,技术创新层出不穷,应用领域不断拓宽。

3. 微流控芯片的发展现状微型全分析系统(Miniaturized Total Analysis Systems,μ-TAS)的概念是1990年Manz和Widmer等人首次提出来的,目前已经发展为世界上最先进的科学技术之一。

a典型的微流控芯片-北大未名BBS

a典型的微流控芯片-北大未名BBS

1950s,“连续流动分析”技术发展起来了。它的基本方法是把 各种化学分析所要用的试剂和试样按一定的顺序和比例用管道 和泵输送到一定的反应区域,进行混合,完成化学反应,最后 经检测器检测并由记录仪显示分析结果,实现了管道化的自动 连续分析。但这些分析仍建立在化学平衡的基础上,速度受到 限制。
丹麦技术大学的J.Ruzicka 和E.H.Hansen于1975年提出了流动注 射分析(Flow Injection Analysis,FIA)的新概念。把试样溶液直 接以“试样塞”的形式注入到管道的试剂载流中,不需反应进行 完全,就可以进行检测。摆脱了传统的必须在稳态条件下操作的 观念,提出化学分析可在非平衡的动态条件下进行,从而大大提 高了分析速度。一般可达每小时进样100~300次。从样品注入到 检测器响应的时间间隔一般小于1 min。设备较简单并灵活,操 作简便,启动和关机时间仅需几分钟,因此FIA技术不仅适于大 批量的常规分析,也适于少量非常规样品的自动测定。
7.2.1.2 分散系数
为了合理地设计FIA体系,需要知道原始样品溶液在它流到检测 器的途中稀释的程度,以及从样品注入到读数消耗了多长时间。 定义分散系数(dispersion coefficient, D)为 D= c0/c (D > 0) (7.1)
式中c0为注入样品中分析物的浓作用且可以控制的变量的影响,即样品 体积、管的长度和流动速度。
例如,以分光光度法测定Cl-,所基于的反应是:
Hg(SCN)2 +2Cl-
HgCl2 +2SCN-
Fe3+ + SCN-
Fe(SCN)2+
图7.2 流动注射测定Cl(a)流路设计图;(b)5-75 gmL-1的平行测定;(c) 30 gmL-1和75 gmL-1样品的快速扫描。

微流控分析芯片的加工技术

微流控分析芯片的加工技术

微流控分析是以微管道为网络连接微泵、微阀、微储液器、微电极、微检测元件等具有光、电和流体输送功能的元器件,最大限度地把采样、稀释、加试剂、反应、分离、检测等分析功能集成在芯片上的微有机聚合物芯片材料的基本要求材料应易被加工;有良好的光学透明性;在分析条件下材料应是惰性的;材料应有良好电绝缘性和散热性;材料表面的可修饰性和可密封性。

光刻(lithography)和刻蚀技术(etching)光刻工艺光刻是用光刻胶、掩模和紫外光进行微制造,工艺如下:(a)仔细地将基片洗净;(b)在干净的基片表面镀上一层阻挡层,例如铬、二氧化硅、氮化硅等;(c) 再用甩胶机在阻挡层上均匀地甩上一层几百A厚的光敏材料——光刻胶。

光刻胶的实际厚度与它的粘度有关,并与甩胶机的旋转速度的平方根成反比;(d) 在光掩模上制备所需的通道图案。

将光掩模复盖在基片上,用紫外光照射涂有光刻胶的基片,光刻胶发生光化学反应;(e)用光刻胶配套显影液通过显影的化学方法除去经曝光的光刻胶。

这样,可用制版的方法将底片上的二维几何图形精确地复制到光刻胶层上;(f) 烘干后,利用未曝光的光刻胶的保护作用,采用化学腐蚀的方法在阻挡层上精确腐蚀出底片上平面二维图形。

掩模制备用光刻的方法加工微流控芯片时,必须首先制造光刻掩模。

对掩模有如下要求:a.掩模的图形区和非图形区对光线的吸收或透射的反差要尽量大;b.掩模的缺陷如针孔、断条、桥连、脏点和线条的凹凸等要尽量少;c.掩模的图形精度要高。

通常用于大规模集成电路的光刻掩模材料有涂有光胶的镀铬玻璃板或石英板。

用计算机制图系统将掩模图形转化为数据文件,再通过专用接口电路控制图形发生器中的爆光光源、可变光阑、工作台和镜头,在掩模材料上刻出所需的图形。

但由于设备昂贵,国内一般科研单位需通过外协解决,延迟了研究周期。

由于微流控芯片的分辨率远低于大规模集成电路的要求,近来有报道使用简单的方法和设备制备掩模,用微机通过CAD软件将设计微通道的结构图转化为图象文件后,用高分辨率的打印机将图象打印到透明薄膜上,此透明薄膜可作为光刻用的掩模,基本能满足微流控分析芯片对掩模的要求。

微流控芯片 国家自然科学青年基金

微流控芯片 国家自然科学青年基金

微流控芯片是一种利用微型流体系统进行流体控制和分析的微型化芯片。

它将传统的实验室分析设备缩小到微型芯片上,实现了微型化、高效化和低成本化。

微流控芯片的研究和应用已经在生物医学领域、环境监测领域、食品安全领域等方面取得了广泛的应用和成果。

国家自然科学基金是我国科学技术部设立的促进基础研究的重要资助项目,它旨在支持那些有潜力和创新性的基础科学研究项目。

国家自然科学基金的资助对于微流控芯片的研究和应用具有重要的意义。

1. 微流控芯片的技术原理微流控芯片主要利用微流控技术和微制造技术,实现微型流体系统的控制和分析。

它通常包括微流道、微阀、微泵、微反应室等组成部分,通过微小体积的导液系统实现对微流体的控制和操作。

微流控芯片的基本原理是利用微米级管道和微器件对微流体进行快速和精确的控制,实现微流体的混合、分离、检测和分析。

2. 微流控芯片的广泛应用微流控芯片已经在多个领域取得了广泛的应用。

在生物医学领域,微流控芯片可以用于细胞分选、蛋白质分析、基因检测等方面,可以实现对微生物、细胞和分子的精确操控和分析。

在环境监测领域,微流控芯片可以用于水质分析、大气污染监测等方面,可以实现对微量环境污染物的快速检测和分析。

在食品安全领域,微流控芯片可以用于食品中毒物质的检测、食品成分分析等方面,可以实现对食品质量和安全的快速检测和分析。

3. 国家自然科学基金对微流控芯片的支持国家自然科学基金对微流控芯片的支持主要包括对微流控芯片基础研究的资助和对微流控芯片相关应用项目的资助。

在微流控芯片基础研究方面,国家自然科学基金资助了一大批的微流控芯片材料、制备工艺、流体动力学、生物分析等方面的基础研究项目。

这些研究项目在微流控芯片的基础理论和关键技术方面取得了重要的成果,为微流控芯片的发展奠定了坚实的基础。

在微流控芯片相关应用项目方面,国家自然科学基金资助了一系列的微流控芯片在生物医学、环境监测、食品安全等领域的应用项目。

这些项目在微流控芯片在实际应用中的关键技术、装备设备、产品开发等方面取得了重要的突破,推动了微流控芯片的产业化和市场化进程。

微流控芯片PPT课件

微流控芯片PPT课件
湿法刻蚀是通过化学刻蚀液和被刻蚀物质之间的化学反应将被刻蚀 物质剥离下来的刻蚀方法。大多数湿法刻蚀是不容易控制的各向同性刻 蚀。
特点:选择性高、均匀性好、对硅片损伤少,几乎适用于所有的金属、 玻璃、塑料等材料。 缺点:图形保真度不强,刻蚀图形的最小线宽受到限制。
干法刻蚀的刻蚀剂是等离子体,是利用等离子体和表面薄膜反应, 形成挥发性物质,或直接轰击薄膜表面使之被腐蚀的工艺。
特点:能实现各向异性刻蚀,从而保证细小图形转移后的保真性。 缺点:设备价格昂贵,较少用于微流控芯片的制造。
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从所产生通道截面形状分类,刻蚀又可分为两类:各向同性 刻蚀和各向异性刻蚀。
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聚合物材料的表面要有合适的修饰改性方法
用于制作微流控芯片的高分子聚合物主要有三类:热塑 性聚合物、固化型聚合物和溶剂挥发型聚合物。
热塑性聚合物有聚酰胺、聚甲基丙烯酰甲酯、聚碳酸酯、 聚丙乙烯等;
固化型聚合物有聚二甲基硅氧烷(PDMS)、环氧树脂 和聚氨酯等,它们与固化剂混合后,经过一段时间固化变 硬后得到微流控芯片;
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光刻工艺具体操作步骤
(a) 洗净基片,在基片表面上 镀牺牲层,例如铬等。 (b)在牺牲层上均匀地甩上一层 光刻胶。 (c)将光掩模覆盖在基片上,用 紫外光照射,光刻胶发生光化学 反应。 (d)显影,除去经曝光的光刻胶 (正光胶)或未经曝光的光胶 (负光胶)。烘干后,光刻掩膜 上的二维图形被复制到光胶层上。
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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。

一种微流控芯片及具有该微流控芯片的分析仪器[实用新型专利]

一种微流控芯片及具有该微流控芯片的分析仪器[实用新型专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201820621664.3(22)申请日 2018.04.27(73)专利权人 广州万孚生物技术股份有限公司地址 510663 广东省广州市萝岗区科学城荔枝山路8号(72)发明人 蒙玄 万惠芳 胡海升 李文美 (74)专利代理机构 广州三环专利商标代理有限公司 44202代理人 王会龙(51)Int.Cl.G01N 33/50(2006.01)B01L 3/00(2006.01)(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利(54)实用新型名称一种微流控芯片及具有该微流控芯片的分析仪器(57)摘要本实用新型公开了一种微流控芯片,其包括芯片主体、以及设置在所述芯片主体上的进样口、液体驱动力入口、主流体通道和多个功能腔室。

本实用新型的微流控芯片通过特定的液体定量腔室来实现液体的识别定位和定量,降低了芯片的制作工艺难度,提高了定量的准确性。

本实用新型还公开了具有该微流控芯片的分析仪器。

权利要求书2页 说明书14页 附图2页CN 208224274 U 2018.12.11C N 208224274U1.一种微流控芯片,其特征在于,包括芯片主体、以及设置在所述芯片主体上的进样口、液体驱动力入口、主流体通道和多个功能腔室;所述主流体通道连通所述多个功能腔室,所述进样口和所述液体驱动力入口分别与所述主流体通道连通,所述液体驱动力入口用于连接液体驱动装置以驱动液体流入或流出功能腔室;所述多个功能腔室中的至少一个为液体定量腔室;所述液体定量腔室具有预定的容积,且在液体定量腔室的出液口处设置有液体识别位点,需定量的液体从所述液体定量腔室的进液口流入所述液体定量腔室,充满所述液体定量腔室后到达所述出液口。

2.根据权利要求1所述的微流控芯片,其特征在于,所述液体定量腔室包括试剂定量腔室,所述试剂定量腔室的进液口与试剂支通道的一端连通,所述试剂支通道的另一端与试剂入口连通。

微流控芯片中的流体动力学研究

微流控芯片中的流体动力学研究

微流控芯片中的流体动力学研究第一章:前言微流控芯片是一种先进的微型流体控制技术,具有可调控性强、重复性好、操作便捷等优点,被广泛应用于生物分析、化学反应、分离纯化等领域。

微流控芯片中的流体动力学是其设计和运行的重要基础,本文将介绍微流控芯片中的流体动力学方面的研究。

第二章:微流控芯片中的流体动力学基础微流控芯片的流体动力学基础主要包括静态压力平衡、流体阻力、表面张力、能量守恒等。

其中静态压力平衡是微流控芯片能够保持稳定的重要因素,当芯片中的液体处于稳态时,其所有的压力必须相等;流体阻力则决定了流体在管道内的速度和流量,是流体输运和混合的基础;表面张力则对微流控芯片的微型结构设计、微流体传输性能等方面产生影响。

第三章:微流控芯片中的流动模式微流控芯片中的流动模式主要有两种:层流和湍流。

层流是指液体分层流动,当液体处于充分稳态时,其流动轨迹可以视为相互平行且不交错的,这种流动模式具有纵向分布均匀,流体压强损失小等特点。

而湍流则是指流体在管道中流动时,产生明显的紊流涡旋,其特点是流体混合效果好,但能耗大,扰动强烈。

第四章:微流控芯片中流体传输行为研究微流控芯片中的流体传输行为主要包括液滴生成、混合、分离、分析等。

其中液滴的生成是指在微流控芯片中通过机械或电力方式将样品液体分割成微滴,这种技术能够对细胞、酶、蛋白质等生物分子进行流式分析和高通量筛选;混合是指在微流控芯片中将不同样品液体混合,这种技术能够用于化学反应、高通量药物筛选等领域;分离则是指将不同物质分离开来,这种技术能够用于化学分离、生物检测等领域;分析则是指运用微流控芯片进行生物分析,达到快速、高通量、精准的目的。

第五章:微流控芯片中的加热和冷却技术微流控芯片中的加热和冷却技术是实现微流控芯片中化学反应及分析的重要环节。

加热和冷却技术主要有三种方式:气体加热、热敏电阻加热和Peltier冷却。

气体加热可以快速加热和冷却微流控芯片中的液体,操作简单;热敏电阻加热则是利用电热效应进行加热,温度控制精度高,在微反应芯片中应用较为广泛;Peltier冷却则是通过温差热电效应进行加热和冷却,具有温度调节范围广,响应速度快等优点,但成本较高。

第1-4章-微流控芯片PPT课件

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
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• 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
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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.

微流控芯片技术在化妆品功效评价中的应用

微流控芯片技术在化妆品功效评价中的应用

微流控芯片技术在化妆品功效评价中的应用组织胞进样、培养、分选、裂解和分离检测等过程集成于一块芯片上[4]。

三、细胞培养技术在化妆品功效评价中的应用细胞培养技术始于20世纪初,现己广泛应用于生物学、医学各个领域。

近年来,人们对化妆品的要求从以美容为主转向美容与护理并重,进一步发展到以科学护理为主,兼顾美容的效果。

基于安全性、功能性和自然性的“绿色化妆品”的开发成为当前化妆品发展的一大趋势。

目前,化妆品科学己渗透到生物学、化学、药学、皮肤生理学等领域。

生物技术以其自身的优势及强大的生命力自然介入到了化妆品工业的发展中,细胞培养技术具有经济、快速的特点,既可用来毒性分析,也可进行功能测试,是保证化妆品安全、有效的必要手段,自然也成为化妆品功效评价的手段。

细胞培养是指从动物活体体内取出组织,于模拟体内生理环境等特定的体外条件下,进行孵育培养,使之生存并增殖。

动物细胞培养技术可模拟人体内的生理环境,研究细胞与细胞之间的反应,细胞与间质之间的反应等,为皮肤生理学、病毒学、免疫学等提供了技术基础。

目前许多功能性化妆品中人多采用了天然动植物提取物,以达到美白、抗衰老、祛斑、抗过敏等功效,这就需对活性原料进行预筛选。

四、微流控芯片细胞实验室在化妆品功效评价中的应用成纤维细胞是皮肤真皮中的主体细胞成分,它与自身分泌的胶原纤维、弹性纤维及基质成分一同构成了真皮的主体[5]。

成纤维细胞的主要功能是:合成和分泌胶原纤维、弹性纤维、基质大分子物质和某些生长因子,成纤维细胞还具有黏附特性和趋化性,对维持皮肤的弹性和韧性具有重要作用,成纤维细胞的减少也是引起皱纹产生的重要原因。

已有大量的研究证明成纤维细胞因其特有的生物学特性改变,在皮肤老化过程中扮演着重要角色[6]。

我们将成纤维细胞在微流控芯片实验室内进行培养,可以直观地观察功效添加剂对细胞生长形态的影响,快速测定于抗衰老功效检测的靶位点羟脯氨酸的含量、I型胶原纤维的含量,达到对化妆品原料快速、高效、高通量的筛选评价[7-8]。

微流控芯片PPT课件

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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
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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。

微流控分析芯片用于凝血检测的实验研究

微流控分析芯片用于凝血检测的实验研究

河北工业大学硕士学位论文微流控分析芯片用于凝血检测的实验研究姓名:孟庆宜申请学位级别:硕士专业:测试计量技术及仪器指导教师:张思祥20071201河北工业大学硕士学位论文微流控分析芯片用于凝血检测的实验研究摘要随着科学技术的发展和基础医学研究的进步,人们对止血与血栓的发生发展认识越来越深刻,其检测手段也越来越先进。

与此同时,分析仪器也日益向着微型化、集成化与便携化的趋势发展。

其中,微分析系统是这一发展时期的典型代表,随着微流控芯片技术的发展,特别是检测灵敏度的日臻提高,用微流控芯片对微量物质的分析与检测日益受到重视。

本课题研究的目的就是采用微流控芯片作为检测容器,在凝血检测中最大限度地把加试剂、反应、检测等分析功能集成为一体。

本课题在分析、总结了传统的检测原理及方法的基础上,设计了利用微流控芯片进行凝血四项检测的基本方法。

首先我们利用步进电机设计了离心力驱动微流控芯片结构,该结构可在芯片旋转过程中完成血浆与试剂的混合、反应等操作。

同时,运用能发射红光和蓝光的双光束二极管为恒定光源,光束透过芯片的检测区,在其另一面有硅光电池接收光信号。

在与凝结剂均匀混合后,血浆由于发生一定的理化反应而凝结,光信号也会随之发生改变。

硅光电池将光信号的变化转换成电信号的变化,经采集可显示整个凝结过程图像,经数据处理后计算,可得到需要的信息。

本课题根据检测原理重点对检测装置的机械部分进行了设计和改善,选择了微流控芯片来替代传统的玻璃试管作为检测容器,以改进用玻璃试管检测时所存在的问题,提高精度和可靠性;同时,对检测系统的硬件电路部分和基于LabVIEW 的检测系统操作软件进行了设计和完善,以提高系统的准确性,可靠性和稳定性;并且在研究和改进过程中完成了大量有效的实验。

采用微流控芯片作为检测容器与传统玻璃试管相比,试剂混合均匀,能去除透镜效应,且实验一致性好。

该检测系统的研究成功将进一步促进我国医学检测技术的发展,同时,将加快微流控芯片的产业化,为分析仪器提供新的经济增长点。

微流控芯片PPT课件

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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。
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尺寸效应(cm→100µm)
• 尺寸 • 分子扩散时间 • 体积 试剂用量 • 传热速度 1500oC/s 1/100 1/10,000 (1h→0.36s) 1/1,000,000 1t→1g, ml→nl
由此将带来:
– 方法上的变革 – 理论上的突破 – 还有巨大的经济和社会效益
阵列芯片
微流控芯片
第八章 微流控分析芯片
Do you know?
• Biochip 生物芯片 • Lab-on-a-Chip 芯片实验室 Labchip • Microfluidic Chip 微流控芯片 • Micro Total Analysis System (MicroTAS, µTAS) 微全分析系统
Why miniaturization?
参考文献
• D. Figeys, D. Pinto, Lab-on-a-Chip: A Revolution in Biological and Medical Sciences, Analytical Chemistry, 2000, 72, 330A • D.R. Reyes, D. Iossifidis, P.A. Auroux, A. Manz, Micro Total Analysis Systems. 1. Introduction, Theory, and Technology, Analytical Chemistry, 2002, 74, 2623 • P.A. Auroux, D. Iossifidis, D.R. Reyes, A. Manz, Micro Total Analysis Systems. 2. Analytical Standard Operations and Applications, Analytical Chemistry, 2002, 74, 2637 • T. Vilkner, D. Janasek, A. Manz, Micro Total Analysis Systems. Recent Developments, Analytical Chemistry, 2004, 76, 3373 • 马立人,蒋中华,生物芯片,化学工业出版社,北京,2002 • 方肇伦,微流控分析芯片,科学出版社,北京,2003
The Renaissance: 1990-1993 • the reemergence of silicon-based analyzers
Design of an open-tubular column liquid chromatograph using silicon chip technology
Photograph of a gas chromatograph integrated on a planar silicon wafer fabricated by Terry and co-workers at Stanford University.
• Ho wever , the response of the scientific community to this first silicon chip device was virtually none, presumably because of the lack of technological experience (of the separation scientists) to deal with this kind of device. • the research work related to miniaturization on silicon focused on the fabrication of components such as micropumps, microvalves, and chemical sensors.
Micrograph of Liquid Chromatograph chip manufactured by Manz and co-workers at Hitachi Ltd.
• The concept of "miniaturized total chemical analysis system" or µTAS 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. • it was also recognized that a small size presented the advantage of a smaller consumption of carrier, reagent, and mobile phase.
8-2 相关理论
8-2-1 基本概念 液体流动的特点
• 遵循低雷诺数流动的 规律。除了组分间的扩 散,两层或者多层流体 可以相邻流动而不互相 混合,使得样品的混合 变得困难。
Anal. Chem. 2002, 74, 45-51
液体流动的特点
•由于比表面积增大,表面张力、摩擦力的影响非常显著。
微通道中的液液界面与通道壁平行,因为 表面张力和摩擦力大于重力。
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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
8-1 发展历史
The Early Days: 1975-1989 • The first analytical miniaturized device A gas chromatographic air analyzer fabricated on a silicon wafer
Terry, S. C. Ph.D. Thesis, Stanford, Stanford, CA, 1975 Terry, Stephen C.; et al. IEEE Transactions on Electron Devices, 1979, ED-26(12), 1880
Manz, A.; et al. Sensors and Actuators, B: Chemical (1990), B1(1-6), 249
• A novel concept of high pressure liquid chromatog. • a silicon chip with an open-tubular column and a conductometric detector. • A 5×5mm chip containing an open-tubular column of 6 µm×2µm×15cm was fabricated, which has theor. separation efficiencies of 8000 and 25,000 plates in 1 and 5 min, resp. • The total column volume is 1.5 nL and the detection cell volume 1.2 pL.
目 录
8-1 发展历史 8-2 相关理论 8-2-1 基本概念 8-2-2 理论描述和模拟 8-3 基础技术 8-3-1 微制造 8-3-2 界面和连接 8-3-3 流体控制 8-4 单元操作 8-4-1 样品制备 8-4-2 注射 8-4-3 流体和颗粒操作 8-4-4 反应器和混合器 8-4-5 分离 8-4-6 检测 8-5 应用 8-5-1 细胞培养和操作 8-5-2 免疫分析和临床检验 8-5-3 蛋白质分析 8-5-4 核酸分析
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. For example, most are aware of the increasing cost of health care, driven in part by the cost of implementing the latest diagnostic assays. These assays, which are usually performed in microtiter plates that consume hundreds of microliters of reagents, would benefit from the use of microfabricated arrays of nanoliter volume vials. By reducing reagent consumption by a factor of 103– 104, these devices could provide dramatic savings for the repetitive assays often performed in diagnostic laboratories.
• A miniature gas anal. system based on the principles of gas chromatog. • The major components are fabricated in Si using photolithog. and chem. etching techniques, which allows size redns. of nearly 3 orders of magnitude compared to conventional laboratory instruments. • consists of a sample injection valve, a 1.5-m-long capillary column. A thermal conductivity detector fabricated on a separate silicon wafer . • sepns. of gaseous hydrocarbon mixts. are performed in <10 s.
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