场流分级与微流控分离
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一个力作用在溶质分子上，使它沿 着x轴的方向产生一个平均迁移速度 U。这个速度与场的强度成正比，和 由于运动所产生的摩擦力成反比。
场流分级的优点 i. 连续流动分离方法，洗脱的组分容易收集，能和
后续分析步骤相连。 ii. 理论上是清楚的，物理化学性质与洗脱特性的关
系能精确地相关联。 iii. 实验设备具有“弹性”，即可以进行多种改变，
血细胞对光学信号的干扰； 细胞裂解释放的过氧化物酶等对检测产生干扰； 其他复杂背景干扰等
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ33
连续监测 单次检测
采样难度大 消耗量多 无法连续分离 采样分析间隔长 难以现场分析
34
连续流动血样分离分析
…... n×
临床炎症监测
多次重复常规采样分离分析过程
…... n×
…... n×
…... n×
大规模药代研究 目标：建立低消耗序列性血液样品分离方法
场流分级 （Field-Flow Fractionation, FFF）
场流分级
（Field-Flow Fractionation, FFF） 场流分级是一类分离技术的总称。自从1966年 Giddings的文章发表以来，已经有近40年的历史。 相对于色谱的历史来说，场流分级仍然是一种新技 术。同色谱方法类似，场流分级也是一种洗脱技术， 不同的是没有固定相，所以被称为“单相色谱”。 它被广泛地应用于大分子和粒子的分析性分离。
品包括活的细胞、粒子聚集体等等的性质。
场流分级与色谱的比较
从过程上讲，与色谱很相似。样品从分离管道 的一端注入，另一端检测收集。但不属于真正的色 谱，因为只有一个相。二者在应用方面具有互补性。 色谱法主要用于分子量较小的物质的分离，场流分 级主要用于分子量较大的物质的分离。场流分级目 前尚无商品仪器。
即设计各种场、各种不同的管道尺寸、表面几何 形状等。
iv. 保留值由外场控制，对于不同的分离，不需要 改变流动通道，只需要改变外场类型和强度。
v. 能迅速产生和获得各种信息。 vi. 单相特性意味着对于复杂组分的迁移和洗脱数
据的结实有最少的相界面的影响。 vii. 没有突发性外力作用和相界面，因此不破坏样
层流萃取芯片的构型
微流控液液萃取芯片通道的构型通常与多层流无膜扩散分离系统基本相同， 采用Y型或X型两层层流或三层Ψ层流体系。但芯片材料必须能够耐有机溶剂，通 常使用玻璃或石英的芯片材料。
膜滤芯片的构型
微流控芯片中的其它分离富集方法
Magnetophoresis
Optical methods
芯片回形设计结构有利于提高集成度 可以实现长时间血浆连续稳定分离
38
芯片上血浆分离与代谢物动态监测集成装置
39
精品课件，你值得拥有！ 精品课件，你值得拥有！
使用时，直接删除本页！
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血糖监测
标本采集操作示意：血滴触及试纸边缘缺口处直到黄色测试区完全被覆盖
应用实例：
聚苯乙烯材料的分离
微纳流控系统与应用
11
微流控芯片材料与加工方法
• 硅、玻璃以及石英等材质：
– 光刻 – 蚀刻 – 拉制
• 聚合物材质：
– 模塑法 – 注塑法 – LIGA技术 – 激光烧蚀法 – 软光刻法 – 打印法
12
多相层流无膜扩散分离 液-液萃取分离 渗析分离 过滤分离 固相萃取分离富集 电泳分离富集技术 其它分离富集方法
基本原理
场流分级的种类很多，它们共同的特点是溶质 分子在流动过程中由于受到与流动方向相垂直或成 某种角度的外场作用改变原来的流动方式而造成组 分的分离。
已经应用的外场有热场、离心力场、电场、交 叉流场、磁场等。
液体不流动也没有外场时，柱内溶 质分布均匀（A）。
液体在z方向没有流动，但x方向存 在外场时（设x方向与场的方向相 反），溶质被压向管壁的一边（B）。
劳动强度 误差变异 动物福利 样品消耗
35
微流控芯片上血浆连续分离
离心
• 过滤
• 死端 • 侧滤 • 脉冲
• 重力 • 电渗、介电泳、Ionic wind • 声表面波 • 流体动力学
• Plasma skimming effect • Bifurcation effect • Deterministic hydrodynamics • Dean flow
• 多法联用
Stokes 沉降公式
36
微流控芯片上血浆连续分离
特点：
简单 持续分离时间长 避免细胞破碎导致的污染
分离原理：
红细胞聚集加速重力沉降 三垂直转向结构新设计 微流控层流性质
2020/7/21
Anal. Chem. 2012, 84 (8), 3780–3786
37
改进版芯片分离装置
Dielectrophoresis
Obstacle induced separation
细胞分析
细胞捕获 细胞分类 细胞计数 细胞分析 细菌分析
分离血浆 进行检测 的必要性
血液分离分析
血液流变性质
游离组分分析
肝功项目 离子项目 血糖 淀粉酶 血脂项目 心肌酶谱 血常规 免疫项目 肾功 毒品 药物 ……
场流分级的优点 i. 连续流动分离方法，洗脱的组分容易收集，能和
后续分析步骤相连。 ii. 理论上是清楚的，物理化学性质与洗脱特性的关
系能精确地相关联。 iii. 实验设备具有“弹性”，即可以进行多种改变，
血细胞对光学信号的干扰； 细胞裂解释放的过氧化物酶等对检测产生干扰； 其他复杂背景干扰等
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ33
连续监测 单次检测
采样难度大 消耗量多 无法连续分离 采样分析间隔长 难以现场分析
34
连续流动血样分离分析
…... n×
临床炎症监测
多次重复常规采样分离分析过程
…... n×
…... n×
…... n×
大规模药代研究 目标：建立低消耗序列性血液样品分离方法
场流分级 （Field-Flow Fractionation, FFF）
场流分级
（Field-Flow Fractionation, FFF） 场流分级是一类分离技术的总称。自从1966年 Giddings的文章发表以来，已经有近40年的历史。 相对于色谱的历史来说，场流分级仍然是一种新技 术。同色谱方法类似，场流分级也是一种洗脱技术， 不同的是没有固定相，所以被称为“单相色谱”。 它被广泛地应用于大分子和粒子的分析性分离。
品包括活的细胞、粒子聚集体等等的性质。
场流分级与色谱的比较
从过程上讲，与色谱很相似。样品从分离管道 的一端注入，另一端检测收集。但不属于真正的色 谱，因为只有一个相。二者在应用方面具有互补性。 色谱法主要用于分子量较小的物质的分离，场流分 级主要用于分子量较大的物质的分离。场流分级目 前尚无商品仪器。
即设计各种场、各种不同的管道尺寸、表面几何 形状等。
iv. 保留值由外场控制，对于不同的分离，不需要 改变流动通道，只需要改变外场类型和强度。
v. 能迅速产生和获得各种信息。 vi. 单相特性意味着对于复杂组分的迁移和洗脱数
据的结实有最少的相界面的影响。 vii. 没有突发性外力作用和相界面，因此不破坏样
层流萃取芯片的构型
微流控液液萃取芯片通道的构型通常与多层流无膜扩散分离系统基本相同， 采用Y型或X型两层层流或三层Ψ层流体系。但芯片材料必须能够耐有机溶剂，通 常使用玻璃或石英的芯片材料。
膜滤芯片的构型
微流控芯片中的其它分离富集方法
Magnetophoresis
Optical methods
芯片回形设计结构有利于提高集成度 可以实现长时间血浆连续稳定分离
38
芯片上血浆分离与代谢物动态监测集成装置
39
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血糖监测
标本采集操作示意：血滴触及试纸边缘缺口处直到黄色测试区完全被覆盖
应用实例：
聚苯乙烯材料的分离
微纳流控系统与应用
11
微流控芯片材料与加工方法
• 硅、玻璃以及石英等材质：
– 光刻 – 蚀刻 – 拉制
• 聚合物材质：
– 模塑法 – 注塑法 – LIGA技术 – 激光烧蚀法 – 软光刻法 – 打印法
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多相层流无膜扩散分离 液-液萃取分离 渗析分离 过滤分离 固相萃取分离富集 电泳分离富集技术 其它分离富集方法
基本原理
场流分级的种类很多，它们共同的特点是溶质 分子在流动过程中由于受到与流动方向相垂直或成 某种角度的外场作用改变原来的流动方式而造成组 分的分离。
已经应用的外场有热场、离心力场、电场、交 叉流场、磁场等。
液体不流动也没有外场时，柱内溶 质分布均匀（A）。
液体在z方向没有流动，但x方向存 在外场时（设x方向与场的方向相 反），溶质被压向管壁的一边（B）。
劳动强度 误差变异 动物福利 样品消耗
35
微流控芯片上血浆连续分离
离心
• 过滤
• 死端 • 侧滤 • 脉冲
• 重力 • 电渗、介电泳、Ionic wind • 声表面波 • 流体动力学
• Plasma skimming effect • Bifurcation effect • Deterministic hydrodynamics • Dean flow
• 多法联用
Stokes 沉降公式
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微流控芯片上血浆连续分离
特点：
简单 持续分离时间长 避免细胞破碎导致的污染
分离原理：
红细胞聚集加速重力沉降 三垂直转向结构新设计 微流控层流性质
2020/7/21
Anal. Chem. 2012, 84 (8), 3780–3786
37
改进版芯片分离装置
Dielectrophoresis
Obstacle induced separation
细胞分析
细胞捕获 细胞分类 细胞计数 细胞分析 细菌分析
分离血浆 进行检测 的必要性
血液分离分析
血液流变性质
游离组分分析
肝功项目 离子项目 血糖 淀粉酶 血脂项目 心肌酶谱 血常规 免疫项目 肾功 毒品 药物 ……