惯性效应在微流控芯片中的应用

作为一种操控粒子或流体的新技术,基于流体惯性的操控技术已被应用于微流控芯片中粒子的输运、分选、聚焦及试样的混合和反应等操作,而在微尺度惯性效应基础上的惯性微流控芯片由于具有高通量、无需外场介入、低成本、易集成及微型化等众多优点,可用于解决医疗诊断、生化分析、合成化学及环境监测等领域的检测分析和微量操控问题,因此对该技术的机理及应用研究已成为目前微流控技术领域一个重要的研究热点。本文在介绍惯性微流控芯片机理及其研究进展的同时,从惯性聚焦、惯性分选及基于Dean流的微混合器和微流控光学器件等几个方面对惯性微流控芯片的最新应用研究进展进行了较为详细的介绍和分析比较。在此基础上,分析了惯性微流控芯片的局限和未来需要解决的问题。     

微流控液滴技术及其应用的研究进展

微液滴具有体积小、比表面积大,速度快、通量高,大小均匀、体系封闭,内部稳定等特性,在药物控释、病毒检测、颗粒材料合成、催化剂等领域中均有重要应用.微流控技术的发展为微液滴生成中实现尺寸规格、结构形貌和功能特性等的可控设计和精确操控提供了全新平台.本文概述了微流控液滴技术的基本原理、液滴生成方式及其基本操控,比较分析了微液滴的传统制备法与微流控合成法的异同,介绍了近年来微流控液滴技术在功能材料合成、生物医学和食品加工等领域中的研究新进展,探讨并展望了微流控液滴技术的潜在价值和未来发展方向.     

微流控SERS芯片的设计制备及其在细菌检测中的应用

微流控芯片分析平台与表面增强拉曼散射(Surface enhanced Raman scattering,SERS)光谱分析方法结合,充分利用了SERS法所具备的样品前处理简便、检测无损、成分辨识度高以及适宜水环境检测等优点,在生化分析检测领域备受关注。微流控SERS芯片设计及芯片上SERS增强基质的制备是构建微流控SERS芯片分析方法和系统的关键,也是提高检测灵敏度和可重复性的核心问题。该文在介绍微流控SERS芯片的基本构型和功能的基础上,重点综述了微流控SERS芯片上SERS基质的制备方法及其测试效果。基于微电子机械系统(Micro-Electro-mechanical-System,MEMS)加工技术制备的SERS基质,具有纳米粒径有序可控、便于集成制备但增强基质材料种类有限的特点;基于化学沉积和自组装等理化方法制备的SERS基质具有基质种类易拓展、成本低、与微流控通道结合方法灵活等特点。在这些基础上构建的微流控SERS芯片及其分析测试方法和系统,在细菌等许多生化检测领域显示出强大的发展潜力。     

微流控技术在生命分析化学中的应用进展

微流控分析系统与宏观条件下的分析体系相比,具有样品和试剂消耗小、传质传热效率高、生物相容性较好、高通量并行分析、功能单元集成化、微型化及自动化控制等特点,在分析化学尤其是生命分析化学领域得到了广泛应用。本文以涉及细胞的微流控技术为切入点,主要介绍了近五年来微流控芯片相关技术的发展,如芯片材料与制作技术、表面改性技术和液滴技术等,并简单总结微流控技术在药物筛选和细胞分析等生命分析化学领域的研究应用进展。     

微流控可控分步组装制备透明质酸/聚乙烯亚胺/DNA纳米复合物

阳离子聚合物/DNA形成的复合物纳米颗粒呈正电性,因此表面必须遮盖一层电中性或负电性的聚合物才能在体内应用,但如何控制遮蔽层在复合物纳米颗粒上组装,形成结构可控、尺寸均一的基因输送系统是关键.本文以基因输送系统中常见的透明质酸(HA)/聚乙烯亚胺(PEI)/DNA系统为例,探索了利用微流控芯片进行可控分步的层层自组装,制备尺寸大小均一、表面电势为负的HA/PEI/DNA纳米复合物的方法.将PEI与DNA通过第一个微流控芯片自组装得到PEI/DNA纳米复合物,该复合物颗粒在第二个微流控芯片内与HA再次组装得到HA/PEI/DNA纳米复合物.考察了微流控芯片管道的尺寸、溶液流速及流速比R、PEI与DNA氮磷比(N:P)、HA与DNA质量比(HA:DNA)等参数与所形成的纳米复合物的尺寸、均一性及表面电势的关系,并与涡旋振荡法制备的复合物进行比较.结果表明,传统的涡旋振荡法制备的HA/PEI/DNA纳米复合物尺寸偏大(340～490 nm)、均一度低(PDI,0.506～0.863);而用微流控法制备的复合物尺寸较小(190 nm)、分布更为均一(PDI=0.316).     

3D打印微流控芯片技术研究进展

近年来,微流控技术在生命科学和医学诊断等领域得到广泛的应用,显示出了其在检测速度、精度以及试剂损耗等方面相比传统方法的显著优势.然而,使用从半导体加工技术继承而来的微加工技术制作微流控芯片具有比较高的资金和技术门槛,在一定程度上阻碍了微流控技术的推广和应用.近年来随着3D打印技术的兴起,越来越多的研究者尝试使用3D打印技术加工微流控芯片.相比于传统的微加工技术,3D打印微流控芯片技术显示出了其设计加工快速、材料适应性广、成本低廉等优势.本文针对近年来国内外在3D打印微流控芯片领域的最新进展进行了综述,着重介绍了采用微立体光刻、熔融沉积成型以及喷墨打印等3D打印技术加工制作微流控芯片的方法,以及这些微流控芯片在分析化学、生命科学、医学诊断等领域的应用,并对3D打印微流控芯片技术未来的发展进行了展望.     

微流控芯片技术在生命科学研究中的应用

微流控芯片最初起源于分析化学领域,是一种采用精细加工技术,在数平方厘米的基片,制作出微通道网络结构及其它功能单元,以实现集微量样品制备、进样、反应、分离及检测于一体的快速、高效、低耗的微型分析实验装置.随着微电子及微机械制作技术的不断进步,近年来微流控芯片技术发展迅猛,并开始在化学、生命科学及医学器件等领域发挥重要作用.本文首先简单介绍了微流控芯片制作材料和工艺,然后主要阐述了其在蛋白质分离、免疫分析、DNA分析和测序、细胞培养及检测等方面的应用进展.     

微流控液滴技术及其在生物医学分析中的应用进展

微流控芯片微滴技术作为一种基于微流控芯片的操控微小体积液体的新技术,以分散的微滴单元作为微反应器,它大大强化了微流控芯片的高灵敏度、低消耗、高通量和自动化等优点,受到日益广泛的重视,并在物理学、化学和生物学等领域中显示出巨大的应用潜力。文章叙述了微流控微滴领域的最新进展,对新的微滴生成技术及操控技术进行介绍,最后阐述了微滴技术在生物医学分析中的最新研究进展。     

近期微流控芯片疾病诊断技术的研究进展

微流控芯片具有液流可控、样品消耗量小、反应速度快、易于集成化等特点,在临床诊断和疾病筛查领域具有广阔的发展前景。本文针对近年来微流控芯片技术在疾病诊断方面的最新研究进展,从疾病标志物检测、细胞筛选和药物代谢研究及疾病诊断微流控芯片装置的发展现状等方面概述其在疾病诊断方面的应用和发展。     

基于液滴技术的微流控芯片实验室

液滴微流控系统是微流控芯片领域的一个新的分支,由于其诸多独特的优势而得到了广泛的研究和报道。本文对液滴的制备和相关的操控技术,包括液滴的分裂、融合、混合、分选、存储和编码等进行了介绍,对液滴技术近年来在化学与生物化学分析等领域中的应用进行了综述,并展望了液滴微流控技术的发展前景。     

Fabrication, modification, and application of poly(methyl methacrylate) microfluidic chips

Poly(methyl methacrylate) (PMMA) is particularly useful for microfluidic chips with the features of low price, excellent optic transparency, attractive mechanical and chemical properties, ease of fabrication and modification, biocompatibility, etc. During the past decade, significant progress in the PMMA microfluidic chips has occurred. This review, which contains 120 references, summarizes the recent advances and the key strategies in the fabrication, modification, and application of PMMA microfluidic chips. It is expected that PMMA microchips should find a wide range of applications and will lead to the creation of truly disposable microfluidic devices.     

基于碳量子点的绿色合成及生物成像研究进展EI北大核心CSCD

碳量子点(CQDs)作为碳纳米材料家族成员之一,因其原材料广、成本低廉、较高的光致发光性能和良好的生物相容性,在研究和应用领域都受到了广泛的关注,是应用于生物成像的理想材料。CQDs的绿色合成是指采用环保型或无毒型原料,通过绿色合成方法,如炭化法、微波法、水热法等,合成具有荧光性能的无毒碳量子点,与传统的化学氧化、激光烧蚀、热解处理等方法相比,更加绿色环保、经济,其应用已成为研究热点。本文对碳量子点材料特性、绿色合成过程机理、绿色合成原料来源、合成方法,及其在癌细胞、微生物细胞等细胞成像方面的应用进行了综述,探讨了绿色合成CQDs的利弊问题,并提出了今后该研究领域面临的机遇与挑战。     

碳量子点阳离子表面活性剂的多功能性

碳量子点以其多彩的荧光及廉价而丰富的制备原料引起人们的广泛兴趣。至今,已有大量关于碳量子点制备及其荧光性能直接利用的文献报道。若采用恰当的方法对碳量子点进行化学修饰,则可以将其转化为实用的精细化学品,从而拓展碳量子点的应用领域。本文报道了一种碳量子点阳离子表面活性剂的制备方法。首先,乙二胺四乙酸、二乙胺及双氧水的混合水溶液经水热处理,获得碳量子点(以OX-CQDs表示),再以氯代正构十二烷对其进行季铵化修饰,获得新型碳量子点阳离子表面活性剂(以OX-CQDs-C₁₂H₂₅表示)。OX-CQDs-C₁₂H₂₅具有良好的降低水的表面张力和减小水接触角的能力,水的界面张力能降低至26.7 mN∙m⁻¹,其性能超过了一些新型的Gemini型阳离子表面活性剂;季铵化的修饰也大大提高了OX-CQDs对大肠杆菌的抑菌能力,低至0.41 mg∙mL⁻¹的OX-CQDs-C₁₂H₂₅溶液其抑菌率接近100%。表面活性剂,抑菌性和荧光性能赋予了OX-CQDs-C₁₂H₂₅的多种功能性。     

Carbon quantum dots from natural resource: A review

Carbon quantum dots (CQDs) are a new class of fluorescence small carbon nanoparticles with a particle size of less than 10 nm and have vast applications in the field of bioimaging, biosensing and disease-detection. These are promising materials for nano-biotechnology since it has smaller particle size, excellent biocompatibility and excitation wavelength dependent photoluminescence (PL) behavior, photo induced electron transfer, chemical inertness and low toxicity. These materials have excellent fluorescent properties such as broad excitation spectra, narrow and tunable emission spectra, and high photostability against photo bleaching and blinking than other fluorescent semiconductor quantum dots. This review article demonstrate the recent progress in the synthesis, functionalization and technical applications of carbon quantum dots using electrochemical oxidation, combustion/thermal, chemical change, microwave heating, arc-discharge, and laser ablation methods from various natural resources. Natural carbon sources are used for the preparation of CQDs due to its low cost, environmental friendly and widely available.     

微流控纸芯片在环境分析检测中的应用

近年来,微流控纸芯片由于低成本、便携化、检测快等优点,在需要快速检测的环境分析领域中展现出了巨大的应用前景。该综述从微流控纸芯片在环境分析中的应用角度,总结归纳了微流控纸芯片在环境分析中的最新研究进展,并展望了其在未来的发展趋势与挑战。论文内容引用150余篇源于科学引文索引(SCI)与中文核心期刊中的相关论文。该综述包括微流控纸芯片在环境检测中的优势与制造方法介绍;电化学法、荧光法、比色法、表面增强拉曼法、集成传感法等基于纸芯片的先进分析方法介绍;根据环境分析目标物种类,如重金属离子、营养盐、农药、微生物、抗生素以及其他污染物等,对纸芯片的最新应用现状进行了举例评述;基于微流控纸芯片的环境分析研究的未来发展趋势和前景展望。通过综述近期相关研究,表明微流控纸芯片从提出至今虽然只有十几年的发展历程,但其在环境分析研究中的发展却十分迅速。微流控纸芯片可以根据不同的环境条件和检测要求灵活选择制作与分析方法,实现最佳的检测效果。但是微流控纸芯片也面临一些挑战,如纸张机械强度不足、流体控制程度不佳等问题。这些问题指出了微流控纸芯片在环境检测领域的发展趋势,相信随着不断深入的研究,纸芯片将会在未来的环境分析中发挥更大作用。     

微流控芯片系统在循环肿瘤细胞分离检测中的应用进展

循环肿瘤细胞(CTCs)的分离分析一直是肿瘤相关研究中的热点方向,作为液体活检的重要标志物之一,其在外周血中的含量与癌症病发状况密切相关.然而人体血液中CTCs的含量非常低,通常来说仅有0～10个/mL,因此在开展临床血液样本中CTCs的检测前,往往需要对样本进行前处理,以实现CTCs的分离和富集.微流控芯片技术凭借样...     

超支化聚酰胺酯改性聚甲基丙烯酸甲酯微流控芯片的制备及其在生物分子分离检测中的应用

利用亲水性超支化聚酰胺酯通过化学键合的方法对聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微流控芯片的表面进行改性。对改性后PMMA微流控芯片的表面进行了接触角的测定,利用扫描电子显微镜(SEM)和体视显微镜观察了改性后芯片的表面形貌。结果表明,改性后的PMMA微流控芯片表面形成了一层均匀、致密、连续的亲水性涂层,芯片表面的亲水性得到了明显提高,接触角由未改性时的89.9°降低到29.5°。改性后芯片的电渗流较之改性前明显降低。利用芯片对腺苷和L-赖氨酸两种生物分子进行了分离检测。两种生物分子实现了完全分离,所得到的检测峰峰形尖锐,分离清晰。对腺苷和L-赖氨酸的分离柱效(理论塔板数)分别高达8.44×104 塔板/m和9.82×104 塔板/m,分离度(Rs)达到5.31,均远远高于未改性的芯片。改性后的芯片具有良好的分离时间重现性。本研究为提高PMMA微流控芯片的亲水性和应用范围提供了一种新的有效方法。     

Electrochemistry in Carbon‐based Quantum Dots

Electrochemistry belongs to an important branch of chemistry that deals with the chemical changes produced by electricity and the production of electricity by chemical changes. Therefore, it can not only act a powerful tool for materials synthesis, but also offer an effective platform for sensing and catalysis. As extraordinary zero‐dimensional materials, carbon‐based quantum dots (CQDs) have been attracting tremendous attention due to their excellent properties such as good chemical stability, environmental friendliness, nontoxicity and abundant resources. Compared with the traditional methods for the preparation of CQDs, electrochemical (EC) methods offer advantages of simple instrumentation, mild reaction conditions, low cost and mass production. In return, CQDs could provide cost‐effective, environmentally friendly, biocompatible, stable and easily‐functionalizable probes, modifiers and catalysts for EC sensing. However, no specific review has been presented to systematically summarize both aspects until now. In this review, the EC preparation methods of CQDs are critically discussed focusing on CQDs. We further emphasize the applications of CQDs in EC sensors, electrocatalysis, biofuel cells and EC flexible devices. This review will further the experimental and theoretical understanding of the challenges and future prospective in this field, open new directions on exploring new advanced CQDs in EC to meet the high demands in diverse applications.     

微流控芯片分析及其在酶抑制剂筛选中的应用*

微流控芯片以其消耗少、易于微型化和集成化等优点在酶分析领域占有重要地位。近年来随着新检测技术的不断出现,酶抑制剂筛选芯片的结构也从简单的“混合-反应”和“分离-检测”,变得更加多样化和多功能化。微流控芯片上分子固定化酶、细胞培养等技术的进步为微流控芯片上实现酶抑制剂的高通量和高内涵筛选带来了巨大优势。本文对用于酶分析的微流控芯片的种类和构型进行简介和归纳总结,重点讨论和综述了其在酶抑制剂筛选中的应用及其最新研究进展。     

微流控芯片设计方法研究进展

本文综述了微流控芯片设计方法的研究进展,归纳和总结了目前主要的设计方法,包括数值模拟法和基于宏模型的设计方法。最后介绍了宏-微模型设计方法,通过建立宏-微接口,实现了数值模拟和宏模型的灵巧桥接,有助于改善微流控芯片设计方法的兼容性和自适应性。