微流控芯片之一
微流控芯片中的液滴操控研究
微流控芯片中的液滴操控研究引言微流控芯片作为一种新兴的技术，具有在微尺度上操控液滴的能力，已经被广泛应用于生物医学、化学分析、药物筛选等领域。
液滴操控是微流控芯片的核心技术之一，对于实现高效、精确、可控的液滴操控具有重要意义。
本文将介绍微流控芯片中液滴操控的研究进展，并深入讨论液滴操控的关键技术和挑战。
微流控芯片中的液滴操控技术液滴生成液滴生成是液滴操控的起始步骤，常用的方法包括流体分离与闪烁方法、电场诱导法、热致驱动法等。
其中，流体分离与闪烁方法是一种简单易行的液滴生成方法。
通过微通道中的流体分离结构，将液体分割成小滴，再通过闪烁方法实现液滴的离散化。
电场诱导法利用电荷间的静电作用力来实现液滴的生成和操控，具有快速、高效、可控的优点。
热致驱动法通过加热微流道上下层的液体来实现液滴的生成和操控。
液滴操控液滴操控是微流控芯片中最核心的技术之一，主要包括两个方面：液滴合并和液滴分离。
液滴合并是指将两个或多个液滴合并成一个更大的液滴。
液滴分离是指将一个大液滴分离成两个或多个小液滴。
液滴合并液滴合并的方法有很多，常用的方法包括两个液滴相互接触并在界面处形成液体连通的方法、微流道中引入分布器等。
两个液滴相互接触的方法通常需要控制液滴的大小、位置和速度以保证液滴的合并效果。
微流道中引入分布器的方法通过引入分布器结构，使得两个液滴在分布器中相互接触并合并。
液滴分离液滴分离的方法也有多种，常用的方法包括液滴剪切和液滴挤压等。
液滴剪切是指通过施加外力，使大液滴中的一部分液体向外移动，从而实现分离的效果。
液滴挤压是指通过微通道中特殊设计的结构，使大液滴在流动过程中被挤压而分离成小液滴。
液滴操控的挑战与解决方案液滴操控在实际应用中还存在一些挑战，如液滴的精确定位、液滴的速度控制、液滴的稳定性等。
针对这些挑战，研究者们提出了多种解决方案。
液滴的精确定位液滴的精确定位是实现精确液滴操控的基础。
传统的定位方法主要是依靠外部观察和手动调整，这种方法不仅效率低，而且容易出现误差。
微流控技术-微流控芯片-精
MEMS与微流控
➢ MEMES：Microelectromechanical System
➢ 由Pfeynman教授发明，1965年诺贝尔物理奖 ➢ 微流控技术被Forbes杂志评为影响人类未来15件最重要的发明之一 ➢ 半导体技术应用在各领域
MEMES与Microfluidic Chip
Nano-Dot 3D立体抗体 捕获技术
Nano-Dot 3D立体抗体捕获技术
全新的抗体捕获技术
• 基于MEMS的3D立体捕获矩阵 立体的微型免疫反应器。
Nano-Dot 3D立体抗体捕获技术
全新的抗体捕获技术
• Nano-Dot覆盖 增加捕获区单位基体的容量。
• 增加捕获容量，提高捕获效率 mLabs®检测的动态范围可以跨越9个数量级。
反应速度由膜孔径决定， 无法控制流速
蛋白与膜的结合原理， 主要靠假说来支撑，非 常依赖实践经验
材料脆弱，出现“鬼线”
重复性不好 CV<20%
材料稳定
膜易老化
微点生物微流控生物芯片
加样窗 流体调节器 检测区
废液仓
S-channel微流控技术
微流控
• 微流控（Microfluidic）技术主要是研究一些中介
流体(即生物组织中处于溶液中的细胞、蛋白质、染色体 等)以模式芯片为平台,在电压、热能以及蠕动压差的趋动 下在微通道中的流动性能。
微点生物主动式微流控
• S-channel微流控微型反 应器技术
• 精确控制反应时间--快速 • 提高检测精度--灵敏 • 减少病人样本影响--准确
纳米荧光探针标记技术
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。
微流控芯片技术的发展与应用
微流控芯片技术的发展与应用随着微型技术的快速发展，微流控芯片技术也成为了生命科学和医学诊断的重要工具之一。
微流控芯片技术利用微型反应器及微型通道，实现自动控制反应条件与样品循环，在微米尺度范围内进行各种生物分析和检测，从而实现了高通量、快速、精准的生物分析。
本文将对微流控芯片技术的发展与应用进行分析。
一、微流控芯片技术的发展历程20世纪上半叶，生化分析主要是在试管中进行，检测手段和方法都比较简单。
到了20世纪60年代，随着电子技术的发展和微处理器的诞生，微流控芯片技术开始起步。
1980年代初期，美国加州大学圣塔芭芭拉分校的Manne S.丹尼尔斯和Walter Schottky 先后提出了微通道芯片的想法。
1985年，美国国家标准局(NIST)的George Segar和David Ross成功地采用光刻技术制作了一个环形的微小流通通道。
此后随着MEMS技术的快速发展，微流控芯片技术不断得到完善。
二、微流控芯片技术的原理微流控芯片技术基本上就是把传统实验中的微型反应器和微信道集成到一块芯片上。
该技术通过微米尺度的反应器和信道，将不同形态、性质、浓度、电荷、质量的生物特异性分子进行分离、检测、识别和定量测定。
由此可实现常规实验所需耗费大量时间、试剂、仪器的方法的高度自动化和微型化，避免了手工操作对反应的误差，大大提高了实验分析的效率和可靠性。
三、微流控芯片技术的应用1. 生物学和医学领域微流控芯片技术在生物学和医学领域的应用最为广泛。
例如，可实现DNA 和 RNA 提取、基因片段扩增、基因分型、细胞培养和检测、蛋白质表征和检测、蛋白酶酶解等。
此外，微流控芯片技术也可应用于药物筛选、体液分析和药物代谢组学等方面。
2. 环境监测微流控芯片技术可以实现水、空气和土壤等环境样品分析。
例如，可检测环境中的微生物、重金属、有机物、水源污染物等。
3. 食品安全微流控芯片技术可以快速有效地检测食品中的不良成分，如农药残留、毒素、微生物等。
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。
pdms微流控芯片使用说明_概述说明以及解释
pdms微流控芯片使用说明概述说明以及解释1. 引言1.1 概述本文旨在介绍和解释PDMS微流控芯片的使用说明。
微流控技术作为一种新兴的实验工具，在科学研究和生物医学领域中得到了广泛的应用。
PDMS（聚二甲基硅氧烷）材料由于其柔软、透明、生物相容性等特点，成为制备微流控芯片的常用材料之一。
通过对PDMS微流控芯片的简介、使用注意事项以及实验操作步骤进行详细阐述，旨在帮助读者更好地理解和应用该技术。
1.2 背景介绍随着实验方法的不断发展，科学家们对于微尺度下流体的操控需求越来越高。
传统的实验方法面临着许多限制，而微流控技术则能够有效地解决这些问题。
微流控芯片是一种将小液滴或者小管道中极小体积液体进行精确操作和操纵的设备。
它主要依靠通道设计和表面改性等手段来调节液体在芯片内部的运动，并实现对流速、混合效果以及反应的监测和控制。
1.3 研究目的本文的研究目的主要有三个方面：首先，通过对PDMS微流控芯片原理概述、制备方法以及应用领域等进行介绍，使读者能够全面了解该技术；其次，提供PDMS微流控芯片使用注意事项，包括设计与制备、操作使用以及存储保养方面的注意事项，旨在帮助读者在实际操作中避免常见错误；最后，给出PDMS 微流控芯片实验操作步骤，使读者能够清晰地掌握实验过程并顺利完成相关实验。
通过以上准备工作，本文将详细介绍PDMS微流控芯片的特点、制备方法以及应用领域，并进一步阐述使用该技术时需要注意的事项和具体操作步骤。
最后，我们将总结结论并展望未来研究方向和意义。
通过本文的分享和解释，我们期望能够为科研人员提供一份全面而详尽的参考资料，以推动该领域更深入地发展。
2. PDMS微流控芯片简介2.1 原理概述PDMS（聚二甲基硅氧烷）微流控芯片是一种常用于微流体实验的材料，具有优异的柔韧性和透明度。
该芯片由PDMS材料制成，通过精确加工形成复杂的通道结构，用于控制微尺度液滴或流体在芯片内部的运动和混合。
微流控芯片技术的原理及其应用
微流控芯片技术的原理及其应用随着生物医学技术的逐步发展，微流控芯片技术逐渐成为研究生物科学领域的重要工具。
微流控芯片技术是一种将液体微小化的技术，通过微通道和微结构控制液体的流动，从而实现对微小的流体样本的操控和分析。
本文将详细介绍微流控芯片技术的原理和应用。
一、微流控芯片技术的原理微流控芯片技术是一种基于微纳米尺度结构和微通道的流体控制技术。
它通过制造微通道和微结构，将液体分割成非常微小的体积，从而控制和操作微小的流体体系。
微流控芯片可以分为两个部分：微通道和微结构。
微通道是用于控制微小液滴和海绵多孔的通道系统。
海绵多孔是指微通道中的特殊结构，可以用来创建离散液滴或分隔通道。
微流控芯片通过这些微通道和微结构来控制微小液滴或微小的液体分散体系。
对于微流控芯片来说，微小液滴是非常重要的元素。
微小液滴是由小于100微米的液体球体组成的。
由于它们是液体，所以微小液滴之间可以互相合并，而且通过电极可以控制液滴的聚合和分离状态。
在微流控芯片中，微小液滴通常是由吸头和压力控制系统产生的。
微流控芯片技术的原理一般分为三个步骤：样品输入、反应和检测。
首先，将样品输入到微流控芯片上。
其次，样品会经过一系列的反应过程，例如混合、稀释、分隔等等。
最后，对反应后的产物进行检测。
二、微流控芯片技术的应用微流控芯片技术在生物医学领域中有着广泛的应用。
它能够用于细胞分数、免疫分析、基因测序等方面的研究。
下面将具体介绍微流控芯片技术的应用。
1、细胞分数微流控芯片技术可以用于隔离细胞并分析细胞中的生物大分子。
这种技术通过一个海绵多孔来将细胞定位在特定位置，并将细胞从其他细胞中隔离出来。
这种技术对于医学研究很有价值，可以用来研究细胞的分子成分和机制，在探索生物性能和疾病诊断方面具有广阔的应用前景。
2、免疫分析免疫分析是一种常用的免疫学方法。
在传统的免疫分析中，技术人员需要进行样本的制备和处理，这个过程常常需要耗费大量的样品和试剂。
微流控芯片
试剂盒
试剂灌装在一次性试剂盒中，整盒使用，无需手动拆分，方便快捷、 杜绝污染。
系统三大特点
全自动
全封闭
质控完善
完善的质控体系
用SP点控制显色反应 用球蛋白显色点控制核酸提取和PCR扩增过程 用多个球蛋白探针来估算样本细胞含量
结果的判读
DNA芯片与微流体芯片产品的一体化
博晖HPV微流控芯片检测产品将传统的DNA矩阵整合到微流控 芯片中
专门PCR实验室 占用较大场地 严格分区 需多种仪器 多步骤手工操作 专业熟练操作人员
小小芯片实现核酸提取、 纯化、扩增、基因分型
Encompass MDx 芯片控制仪
预警灯
加样泵、摄像头
用户操作界面
试剂盒枪头放置区
芯片放置区
样本盒放置区
在微流体芯片上如何实现分子检测的主要过程
实验室功能
扩增产物分析区
平台化的系统，可开展多种检测项目
耳聋基因检测 优生优育/ 性传播疾病 肠道病毒检测
呼吸道感染
十年
全球第一个
全球首个HPV微流控全 自动核酸检测系统
易
样品码自动识别
样品管上的条形码可被 芯片控制仪自动识别， 连接医院LIS系统
历经十年研发
中美联合，从样机到产 品，十年研发。
操作简单方便 No.1
操作者无需再面临进行 分子检测时对条件与人 员的苛刻要求。
样品准备区
扩增区
芯片上有三个工作区
1. 2. 3.
核酸提取和纯化 PCR扩增 反向杂交（终点检测，24个基因亚型）
芯片特点
检测HPV24种亚型 18+6 利用磁珠法进行核酸（DNA）提取
MEMS技术在微流控芯片中的应用
MEMS技术在微流控芯片中的应用近年来，激光技术、微纳加工技术、生物传感技术等一系列新兴技术的迅速发展，推动微流控芯片技术不断取得新的进展。
微流控芯片是一种将微小液滴、细胞、粒子等进行微小操作的芯片，已经在药物筛选、病毒检测、细胞捕获和分离等多个领域得到应用。
其中，MEMS技术是微流控芯片中不可或缺的技术之一，本文将探讨MEMS技术在微流控芯片中的应用。
一、MEMS技术在微流控芯片中的基本原理MEMS（Micro-Electro-Mechanical System）技术是指采用微电子加工技术制造微小的机械、电子、光学和磁学元件或系统的技术。
在微流控芯片中，MEMS技术主要用于制造微型流体控制器件，如微型泵、微型阀门、微通道等。
通过MEMS制造的微流体控制器件，可以在微小尺度内实现精确灵活的流体操控和分析。
以微型泵为例，其原理是利用电压控制微小压电膜的膨胀和收缩，从而产生微流体引导和输送的效果。
而微型阀门则利用电极控制膜片的抬升和下压，从而实现流体的开关控制。
通过MEMS技术的微流体控制器件，可以实现精确的微小流体操作和分析，为微流控芯片的应用打下坚实的基础。
二、MEMS技术在微流控芯片中的应用领域1.生物学应用MEMS技术在生物学应用方面的威力凸显。
通过MEMS技术制造微型通道、微型泵和微型阀门，可以实现微小液滴、细胞、粒子等的分离、操控和检测。
同时，MEMS技术也可以制造微型生物芯片，实现分子检测、蛋白质分析、细胞分离等多项生物实验。
2.医学应用MEMS技术在医学应用中得到广泛应用。
微流控芯片可以显著提高药物筛选的效率，同时也能对药物对病原微生物生成的影响进行研究。
针对疾病诊断方面，可以通过微流控芯片进行肿瘤细胞检测、糖尿病病人血糖监测等，为临床医学提供更为精准的检测手段。
3.环境应用MEMS技术在环境应用领域的应用正在不断拓展。
利用微流控芯片制备环境检测芯片，可以实现对污染物的迅速监测和分析。
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。
微流控芯片技术及其应用
微流控芯片技术及其应用微流控芯片技术是一种基于微纳米加工技术制造的微型芯片，能够精确控制微流体在芯片内部的流动。
该技术结合了微流体力学、微电子学和生物学等学科，广泛应用于药物筛选、基因分析、细胞分析和生物传感等领域。
本文将重点介绍微流控芯片技术的原理、制备方法以及其应用领域。
一、微流控芯片技术的原理与制备方法微流控芯片技术的核心是利用微纳米加工技术在芯片上制造一系列微小的通道和结构，以便精确控制微流体的流动。
其原理基于微流体力学，通过精确调控流体的压力、流速和流量，实现对微流体的精确控制。
微流控芯片通常由微流体通道、微阀门、微泵和微混合器等功能单元组成。
微流控芯片的制备方法主要有两种：玻璃基质制备和聚合物基质制备。
玻璃基质制备方法包括湿法刻蚀、热压刻蚀和激光加工等，适用于制备微流道尺寸较大的芯片。
聚合物基质制备方法则包括胶印、光刻和热熔连接等，适用于制备尺寸较小且需要高精度的芯片。
二、微流控芯片技术的应用领域1. 药物筛选：微流控芯片技术可以模拟人体的生理环境，实现对药物在体内代谢和毒性的评估。
通过微流控芯片，可以高通量地筛选出具有潜在药效的化合物，加快新药研发的速度。
2. 基因分析：微流控芯片技术可以实现对基因的高通量检测和分析。
通过在微流控芯片上构建合适的反应体系和探针，可以实现对DNA 序列、基因表达和基因突变等的快速检测和分析。
3. 细胞分析：微流控芯片技术可以实现对细胞的高通量单细胞分析。
通过在芯片上构建微小的细胞培养室和检测通道，可以实现对细胞的培养、分离、操控和检测等操作，为研究细胞的功能和行为提供了有力工具。
4. 生物传感：微流控芯片技术可以实现对生物分子的高灵敏检测。
通过在芯片上固定特定的生物分子（如抗体、酶和核酸等），可以实现对目标分子的选择性捕获和灵敏检测，广泛应用于生物传感、环境监测和临床诊断等领域。
5. 化学反应：微流控芯片技术可以实现对化学反应的高效控制和优化。
通过在芯片上构建微小的反应室和混合器，可以实现对反应底物的精确控制和混合，提高反应速率和产物纯度，广泛应用于有机合成、催化反应和分析化学等领域。
微流控芯片发展历程
微流控芯片发展历程一、微流控芯片的起源微流控芯片起源于20世纪90年代初，当时美国、加拿大、欧洲等地的多个研究小组开始着手研发微米尺度的流体操作技术。
其中，美国加利福尼亚大学伯克利分校的Fred R.Handy教授和美国密歇根大学的Mark A.Burns教授等人是微流控芯片技术的先驱者，他们在早期对微流控芯片的研究中做出了重要贡献。
早期的微流控芯片主要是利用光刻、微加工等技术，在芯片表面制作微米级的流道和微结构，以实现对微液滴、微粒子等微尺度流体的操控和分析。
随着MEMS（微机电系统）技术的发展，微流控芯片的加工精度和成本逐渐得到改善，为其在生物医学、化学分析等领域的应用奠定了基础。
二、微流控芯片的关键技术微流控芯片是一种集成了微流体控制和微流体分析功能的微型芯片，其关键技术包括微流体传输、微处理器晶圆加工、微流控芯片结构设计等。
这些技术的发展推动了微流控芯片的不断进步，为其在医学诊断、实验室分析、环境监测等领域的应用提供了技术支撑。
微流体传输技术是微流控芯片的核心技术之一，其主要包括微流道设计、微流动操作、微管道连接等方面。
微流道设计是微流体传输技术中最基础的环节，通过光刻和湿法刻蚀等技术，在芯片表面制作微米级的流道和微结构，以实现对微液滴、微粒子等微尺度流体的操控和分析。
微流道设计的关键在于结构的精准和稳定性，需要兼顾通道的宽度和深度，以满足不同尺度和功能的需求。
微处理器晶圆加工技术是微流控芯片加工中的关键环节，其主要包括MEMS技术、微加工技术、光刻技术等方面。
MEMS技术是微流控芯片加工的基础，通过在晶圆表面制作微米级的结构和元件，实现对微流道、微阀门等组件的制作和集成。
微加工技术是微流控芯片加工的关键技术之一，通过湿法刻蚀、干法刻蚀等技术，在晶圆表面形成微流道、微泵等结构，实现对微尺度流体的控制和操作。
光刻技术是微流控芯片加工的基础，通过紫外光曝光、显影、蚀刻等过程，在晶圆表面形成微米级的结构和元件，实现对微流道、微阀门等组件的制作和集成。
微型流控芯片技术的研究进展
微型流控芯片技术的研究进展微型流控芯片技术是一种基于微流控技术的新型分析方法。
该技术利用微流道芯片中的微纳米结构，在微观空间实现了流体的微型操控，使流体能够精确地流动和混合。
随着该技术的不断发展和完善，微型流控芯片已成为实验室研究和工业生产中不可或缺的一种工具。
本文将介绍微型流控芯片技术的研究进展及未来发展方向。
一、微型流控芯片的研究历史微型流控芯片技术起源于20世纪90年代。
当时，科学家们发现将微流道芯片与微型阀门相结合，可以实现对微型体积的液体进行精确的控制。
这为微型流控芯片技术的进一步发展提供了基础。
二、微型流控芯片的基本原理微型流控芯片是一种基于微流控技术、在微观尺度下实现微流体操作的芯片。
它由许多微米级别的微通道组成，在芯片表面上利用微纳米加工技术制造微流道和微流控结构。
微型流控芯片通过微型阀门和泵浦的控制，能够实现液体的精确流动、混合、分离和检测等操作。
此外，它还可以应用于药物筛选、医学诊断、化学分析、食品安全等领域。
三、微型流控芯片技术的应用进展作为一种新兴的分析技术，微型流控芯片技术已广泛应用于生命科学、化学、环境科学、食品科学等领域。
在生命科学领域，微型流控芯片技术已成为新型芯片生物学、高通量筛选和个体化医疗等研究方向的重要测试平台。
在化学领域，微型流控芯片技术可以应用于化学分析、毒性研究和药物筛选等领域。
在环境科学领域，微型流控芯片技术可以应用于环境监测、污染物检测与分析等。
在食品科学领域，微型流控芯片技术可以应用于食品质量检测、控制和分析等。
四、微型流控芯片技术的未来发展随着微型流控芯片技术的不断发展和完善，我们可以预见到，它将在许多研究领域中发挥更大的作用。
未来，微型流控芯片技术有望实现以下发展：1. 实现微波感应电场调控流体2. 开发出更快速、更有效的均相液滴生产方法3. 利用人工智能算法实现自动实验设计和实验4. 实现低成本、高通量的微流控芯片制备技术五、结论微型流控芯片技术是一种新型的分析方法，具有很大的应用前景。
微流控芯片技术的原理
微流控芯片技术的原理
微流控芯片技术是一种新兴的微米封装技术，其利用微米封装技术和
微流控技术来微调、控制和监测微纳流体的流动和流量。
一、微流控芯片技术的原理：
1、微加工技术：利用微米加工技术可以在微流控芯片上形成微型应用
结构，如微型阀门、微型气动管、微型流体膜，用于控制、注入和释
放流体；
2、微流控技术：利用微流控技术可以实现微量流体沟通，实现微米尺
度上的流量控制和流动控制；
3、微泵技术：微流控技术也可以实现定量，无论其微量流体在垂直或
水平方向上控制或流动，也可以实现实现微量流体的定量注入或释放；
4、微传感技术：微流控技术也可以检测微量流体的流动特性，如流量、压力等，实现快速和精确的流体检测；
二、微流控芯片技术的优势：
1、空间尺寸小：微流控芯片技术占据较少的空间，可以减少系统面积，提高系统密度；
2、操作便捷：微流控芯片技术操作简便，可以实现自动控制和监测，
确保精确的控制和安全的运行；
3、成本低：微流控芯片技术的相对优劣，使其应对一些复杂的任务时，成本可能比传统技术低；
4、可扩展性强：微流控芯片技术的可扩展性强，可以连接更多的结构上的模块，无论是实验室设备、激光驱动系统或实际应用系统，都可以不断扩展及更新。
三、微流控芯片技术的应用：
1、推动系统：微流控芯片技术可以有效地控制各种液体的流量，实现液体的微量推动和调节，广泛应用于化学液体的分析和分离；
2、平衡控制：微流控芯片技术可以有效地利用微型阀门、微型气动管和微型流体膜来实现平衡控制；
3、定量控制：微流控芯片技术可以实现微量流体的注入或释放，实现定量控制；
4、数据采集：微流控芯片技术还可以检测和监测流体活性，如流量、压力等，以收集有关流体状态的数据。
微流控芯片的设计和应用
微流控芯片的设计和应用随着微纳米技术的不断发展，微流控芯片作为一种重要的微纳米技术的应用，已经在生物医学、环境检测、化学分析等领域得到广泛应用。
微流控芯片是一种集成化的实验系统，它可以在微小的尺度下完成样品的分离、纯化、注射、破碎、混合、反应、检测等多个生物医学实验操作，具有优异的灵敏度、精度和可控性。
本文将介绍微流控芯片的设计和应用。
1. 微流控芯片的设计微流控芯片是由微加工技术制作而成的一种微型化流动系统，在设计微流控芯片时，需要考虑多种因素，如流体控制、微结构、生物样品特性等，并结合微加工、光学检测、传感器等技术手段进行设计。
其基本原理是利用微体积小流量的优越特性，通过微小通道与微型加工的控制结构，高效地完成样品的加工过程。
流体控制是微流控芯片设计的核心内容。
微流控芯片主要通过气体和液体的控制，实现对流体的输送、混合、分割等功能。
气体控制的方式包括开关控制、给片式控制、电场控制、机械手控制等多种方式，液体控制包括压力控制、电极控制、声波控制等多种方式。
此外，还需要考虑微结构的设计，使得各种流体细胞、微粒子等可以经过控制结构实现分离、分析、检测等目的。
2. 微流控芯片的应用微流控芯片的应用领域包括生物医学、环境检测、化学分析等多个领域。
以下是微流控芯片在这些领域中的应用案例：2.1 生物医学微流控芯片在生物医学领域中，可以实现从样品提取到检测的完整生物流程。
其中，其用于细胞分离和检测的应用非常广泛。
对于细胞的分离，微流控芯片可以采用不同的机制，如流量微分、隔膜过滤、电渗流等方式实现。
此外，微流控芯片还可以用于细胞的刻蚀、染色、重组等操作，以便后续分析或治疗。
2.2 环境检测微流控芯片在环境检测领域中，亦可以发挥其优异的性能。
微流控芯片可以应用于环境监测、食品安全、医药等领域。
以污染物检测为例，微流控芯片可以通过化学和生物传感器，对大气中的甲醛、苯乙烯等有毒气体进行检测处理。
此外，微流控芯片还可以对食品中的有害物质进行检测，对医药制剂的安全性进行评估。
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
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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。
微流控生物芯片技术的研究与应用
微流控生物芯片技术的研究与应用一、概述微流控生物芯片技术是一种新兴的微流控技术，具有高度集成、高通量、高精度和高灵敏度等优势，已被广泛应用于医学、生物化学、环境科学和食品安全等领域。
本文将重点介绍微流控生物芯片技术的研究进展和应用现状。
二、微流控生物芯片技术的研究进展（一）微流控芯片的制备技术微流控芯片的制备技术是微流控生物芯片技术的关键技术之一。
传统的制备方法主要包括光刻、电子束曝光和压印等，这些方法所需设备复杂，成本高昂，不适宜于量产。
近年来，研究人员提出了各种新的制备方法，如二光子聚合、光敏树脂固化、激光剥蚀等方法，这些方法不仅可以制备具有微小尺寸和高精度的微流控芯片，而且操作简便、成本低廉，逐渐成为微流控芯片加工的主流技术。
（二）微流控芯片的设计和优化微流控芯片的设计和优化直接影响着微流控芯片的性能。
设计和优化过程需要考虑诸如流体动力学、反应动力学和传热学等方面的因素，根据实际需要进行综合考虑。
近年来，研究人员采用仿生学、微纳加工等方法设计和优化微流控芯片，如采用仿自然的网络结构来实现微生物的培养和分析、在芯片表面构建微纳米结构来实现细胞定位和分割等，有效提高微流控芯片的灵敏度和可靠性。
（三）微流控芯片的检测技术微流控芯片的检测技术是微流控生物芯片技术的关键技术之一。
传统的检测方法主要包括光学检测、电化学检测和质谱检测等，这些方法常常需要复杂的设备和操作，且不能满足实时监测需求。
近年来，研究人员提出了各种新的检测方法，如表面增强拉曼光谱、量子点荧光探针、电化学生物传感器等方法，这些方法具有高灵敏度、高选择性和高通量等优势，可以实现实时监测和快速检测微量生物分子。
三、微流控生物芯片技术的应用现状（一）医学应用微流控生物芯片技术在医学诊断中具有广阔的应用前景。
例如，在抗生素筛选中，可以通过在微流控芯片中培养细菌，然后利用高通量分析方法快速筛选出对某种细菌具有杀菌作用的抗生素；在肿瘤分子诊断中，可以利用微流控芯片对肿瘤细胞进行捕获和分析，以实现早期诊断和治疗。
1.FilmArray微流控芯片解密-1公司产品简介
第一部分：公司产品简介图1.1：BioFire公司LogoBioFire公司的FilmArray微流控芯片是目前已经成功商业化的微流控产品的经典之作，该芯片采用巢式多重PCR分析技术，对同一个血液样品进行一次测试便可以检测多达24种病原体，并且整个检测过程比传统PCR或RT-PCR方式要快得多，只需要大约一个小时的时间，非常适合于传染病的早期快速筛查。
如下图分别是FilmArray测试仪器和芯片实物图。
图1.2：FilmArray测试仪器实物图及各结构说明图1.3：呼吸道感染检测芯片及结构说明（图中液体仅仅为了可视化，实际测试芯片不含有液体部分）目前，在BioFire公司官方网站上已经公布了四种测试芯片，分别是：呼吸道感染检测芯片，血液感染检测芯片，胃肠道感染检测芯片，脑膜炎感染检测芯片。
虽然四种芯片针对的疾病不一样，所需要检测的样品种类也不一样，但是产品外观上基本一致，可以参考图1.3中呼吸道感染检测芯片的外观结构。
1，呼吸道感染检测芯片呼吸道感染检测芯片是BioFire公司最早开发出来的产品，也是目前该公司发展最为成熟的检测芯片。
早期的呼吸道感染检测芯片可以在一个小时之内检测多达20种不同的呼吸道细菌和病毒等病原菌。
目前，该公司已经开发出基于FilmArray2.0检测系统的新型呼吸道感染检测芯片，相比于早期的检测芯片，该新型芯片可以在45分钟之内完成测试，并且比早期芯片更准确，更高效，更快速，检测的病原菌种类也更多（21种）。
如下为该新型呼吸道检测芯片可以检测的细菌和病毒种类：图1.4：新型呼吸道感染检测芯片可以检测的病原菌列表2，血液感染检测芯片血液感染能引发全身炎症反应综合症，并可能发展为重度脓毒症和感染性休克，导致血液感染患者死亡率大大增加。
此外，为了防止出现耐药性，临床医师必须尽早开始有效治疗且避免让患者过度接触广谱抗生素。
因此，实验室快速鉴定病原菌以及耐药机制,对于选择合适疗法上极其关键。
基于微流控技术的细胞培养技术研究
基于微流控技术的细胞培养技术研究近年来，随着微流控技术的不断发展和完善，基于微流控技术的细胞培养技术也越来越受到关注和研究。
微流控技术通过微小管道、微孔等微观结构，控制生物样品的液体流动，具有精度高、通量大、费用低等优点，在细胞生物学、药理学、毒理学等领域都有广泛的应用。
细胞培养是细胞学中不可缺少的研究手段之一。
传统的细胞培养技术需要高精确度的仪器设备，成本较高，维护难度大，容易导致细胞的损伤。
而基于微流控技术的细胞培养技术则是通过微个别化的液体流体控制完成的，具有珍贵的细胞保持、半自动化、低污染等特点。
在基于微流控技术的细胞培养中，微流控芯片是核心之一。
不同于传统的样品盘或培养皿，微流控芯片中设计了液体通道、微小空气通道、泵、开关、阀门等微器件，可以对液滴进行准确的控制和操作。
同时，微流控芯片的通量比传统细胞培养方式高效，可以用极小的样品量进行高通量筛选或实验操作。
在细胞培养中，液体的流动对于细胞的生长、代谢和分化都会产生影响。
微流控技术可以通过微米级别的流场分析和设计，进行液体流动的控制和调整，以模拟体内的流体环境，以最接近真实状态的方式进行细胞的培养和研究。
除了微流控芯片外，生物样品的稳定和准确的分离也是基于微流控技术的细胞培养中不可忽视的一环。
在微流控芯片中，液滴的控制和操作以毫升或微升为单位，需要对细胞进行微性的分离、悬浮和移植。
通过微流控技术，可以控制细胞的定位和操作，在不破坏细胞结构和功能的前提下，精准控制细胞的分离和集成。
同时，基于微流控技术的细胞培养技术的一个优势在于其能够为细胞研究成果的量化评估提供更为精确和可靠的结果。
通过对其管道、滴泵等设备加以控制，微流控技术从理论上保证了实验的专一性与可重复性。
利用最新的生物影像学技术，微流控技术所制备出的细胞，可以在最大可能下进行细胞分析，展现出更细致和微观视角的细胞研究结论。
综合来看，微流控技术的出现和发展为细胞培养与研究提供了一种革命性技术变革。
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。
微流控芯片应用场景
微流控芯片应用场景
微流控芯片是一种基于微纳米技术的微型化流体控制系统，它可以将微小的液体样品分离、混合、传输和检测，具有高效、快速、灵敏、可重复性好等优点。
因此，微流控芯片在生物医学、环境监测、食品安全等领域有着广泛的应用。
生物医学领域是微流控芯片的主要应用场景之一。
微流控芯片可以用于细胞分离、细胞培养、药物筛选、基因检测等方面。
例如，利用微流控芯片可以将血液中的癌细胞分离出来，从而实现早期癌症的诊断和治疗。
此外，微流控芯片还可以用于药物筛选，通过微流控芯片可以快速筛选出对某种疾病有治疗作用的药物，从而提高药物研发的效率。
环境监测领域也是微流控芯片的应用场景之一。
微流控芯片可以用于水质检测、空气污染监测等方面。
例如，利用微流控芯片可以快速检测水中的重金属、有机物等污染物，从而保障水质安全。
此外，微流控芯片还可以用于空气污染监测，通过微流控芯片可以快速检测空气中的PM2.5、PM10等污染物，从而提高空气质量监测的效率。
食品安全领域也是微流控芯片的应用场景之一。
微流控芯片可以用于食品中有害物质的检测，例如农药残留、重金属等。
利用微流控芯片可以快速检测食品中的有害物质，从而保障食品安全。
此外，
微流控芯片还可以用于食品中微生物的检测，例如大肠杆菌、沙门氏菌等，从而提高食品卫生监测的效率。
微流控芯片在生物医学、环境监测、食品安全等领域有着广泛的应用，未来随着技术的不断发展，微流控芯片的应用场景还将不断扩大。
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But no work yet with microorganisms!
– This can actually lead to faster reactions!
Gel electrophoresis
1-3ｈ
Capillary electrophoresis
sample separation capillary detection
buffer
High voltage
buffer
Yeast Blood Cells cryptosporidium
Microfluidic or Lab-on-a-chip Devices can be used to separate different cell types
Various blood cell separations have been demonstrated:
Lung Disease: Pseudomonas spp. Mycobacterium tuberculosis
Biowarfare: Anthrax, plague, smallpox
Methods for Genetic Detection of Pathogens
OLD WAY:
NEW WAY:
目前最高通量微流控芯片平台
Aborn, J.H., et al., Lab on a Chip, 2005. 5(6): p. 669-674
门控进样多通道检测
Xu, X.M., et al., Analytical Chemistry, 2002. 74(21): p. 5517-5522
高通量均相免疫分析
• J. A. Davis, D. W. Inglis, K. M. Morton, D. A. Lawrence,
L. R. Huang, S. Y. Chou, J. C. Sturm, and R. H. Austin, Deterministic hydrodynamics: taking blood apart, Proc. Nat. Acad. Sci. (USA), vol. 103, pp. 14779-14784, 2006.
Bacterial Pathogens
Food poisoning
Wound infections Lung Disease
Dr. Sharon Peacock, University of Oxford
Biowarfare
Food poisoning: Pathogenic E. coli: >1 in 10,000 in Canada Salmonella spp.: as high as 1 in 50 eggs Wound infections: Antibiotic-resistant S. aureus: as high as 50%
Credit: Dr. Karen Cheung, UBC ECE
Why use microfluidics?
Credit: Dr. Karen Cheung, UBC ECE
1 molecule in 1 mL = 1.6 x 10-18 M 1 molecule in 1 nL = 1.6 x 10-15 M 1 molecule in 1 pL = 1.6 x 10-12 M
Disease caused by Mycobacterium tuberculosis 9 million new cases of active TB every year worldwide
2 million TB deaths every year
450,000 new cases of multi-drug resistant TB / yr
10% of TB cases in South Africa are XDR TB strains, resistant to first- and second-line antibiotics
Doctors Without Borders:
Current TB detection methods
– Portable devices for pathogen detection – High-throughput biology
• • • • • • •
Chemical synthesis Cell Immunoassay analysis Metabolite analysis Drug delivery systems Single molecular Enzyme analysis
1. Fixation and staining with acid-fast stains (Ziehl-Neelsen or auramine stains) 2. Optical or fluorescence microscope examination ( 10,000 organisms/mL)
Courtesy of Dr. Boris Stoeber
Genetic analysis microsystems
96-channel radial capillary array electrophoresis microplate
Anal Chem. 1999 ;71(23):5354-61
D. W. Inglis, J. A. Davis, T. J. Zieziulewicz, D. A. Lawrence, R. H. Austin, and J. C. Sturm, Determining blood cell size using microfluidic hydrodynamics, J. Immunol. Meth., vol. 329, pp. 151-156, 2008.
Bromberg, A. and R.A. Mathies, Electrophoresis, 2004. 25(12): p. 1895-1900.
Lab-on-a-chip Devices for Cell Separation and Identification
Microbes, cells and small organisms come in a wide array of shapes and sizes
10-30 min
Microchip electrophoresis
1-3 min Multi-channel microchip electrophoresis
1-3 min/ 12 samples
Some interesting LOC applications • Genetic analysis
• • • • Miniaturization Automation Integration Portable
Lab on a Chip?
Microfluidics
Microfluidics: The use of microfabrication techniques from the IC industry to fabricate channels, chambers, reactors, and active components on the size scale of the width of a human hair or smaller
Why use microfluidics?
• Sample savings – nL of enzyme, not mL • Faster analyses – can heat, cool small volumes quickly • Integration – combine lots of steps onto a single device • Novel physics – diffusion, surface tension, and surface effects dominate
3. Culture in biosafety level 3 containment facility
In select cases, molecular detection is used to verify diagnosis "That TB destroys millions of lives around the world every year shows that the current approach is just not working…The tools we have to treat and diagnose TB are woefully inadequate and outdated, and we're not seeing the necessary urgency to tackle the disease." Dr. Tido von Schoen-Angerer, Director, DWB’s Campaign for the Access to Essential Medicines
Field-portable
PCR-CE Microsystem Fabrication
Portable System for Infectious Disease Detection
System measures 8 x 10 x 12 inches
•
• • • •
Complete fluorescence detection including 488-nm solid-state laser, PMT, optics, and detection electronics Heater and RTD electronics 4 high-voltage CE power supplies PDMS microvalve hardware Simple PC interface