微流体驱动与控制技术

在微流控系统所需的功能单元中,微流体驱动与控制操作单元尤为重要。微系统条件下,表面张力的影响变得十分明显,在工程意义上,常规的流体体积流动的驱动方法在微管道中往往效果不好甚至是不可行的。本文简要评述了用于微流体驱动的机械微型泵技术,基于电、光、磁等的非机械微型泵技术,以及微流体的高效混合控制等技术的研究现状,对微流体驱动与控制的未来作了展望。     

基于电渗驱动的微流控芯片顺序注射分析系统

本文介绍了一种在微流控芯片上依靠电渗驱动完成顺序注射分析的新方法。采用由多个双T通道构成的微通道网络,利用夹流进样和电渗流驱动方法,在通道内形成间隔排列的溶液区带,进而在流动过程中实现溶液区带间的相互混合。实验以荧光素溶液与硼砂缓冲液为模型体系,初步考察了利用该系统实现顺序注射进样及混合的效果。该方法装置简单,操作简便,无需任何复杂机械装置,利用微流控芯片上的微通道网络及电渗流控制,实现了亚纳升级的溶液区带的顺序排列和进样。     

现代分析化学的成就和问题

近十年来,分析化学发生了很大的变化。这是因为摆在这一门科学面前的任务非常复杂:既要探讨分析的理论基础,又要研究新的物质和材料的成分。在我们国家进行大规模的改造工作、所有国民经济各个领域中生产力的发展、各种新材料的使用、在工业上特殊纯净物质的应用、生产过程的自动化以及原子能的利用等,使分析化学在各方面都有了显著的扩张和发展。无论在科学研究上或者是在生产控制上,都提高了分析化学的作用。在所研究的新方向和方法的发展上,最大的特征,是在于化学分析法和物理分析     

微流控芯片技术在精细胞研究中的应用

具有多维网络微通道结构的微流控芯片可在微纳尺度上集成细胞进样、培养、分选、裂解和分离检测等多种功能单元,不仅在尺寸上与精细胞匹配,还可为精细胞提供相对封闭的接近生理状态的生长微环境。研究者已利用此系统的层流、微通道特殊几何结构等特点对精子进行了多方面研究。该文对微流控芯片技术在精细胞的培养、分选、胞内成分分析和人工授精中的应用进行了综述,介绍了用于精细胞研究的多种微流控芯片系统,并讨论了精细胞分选的各种方法。     

微通道反应器在合成反应中的应用

微流控学(microfluidics)是在微米级结构中操控纳升至皮升体积流体的技术与科学,是近10年来迅速崛起的新交叉学科.流体在微流控芯片微米级通道中,由于尺度效应导致了许多不同于宏观体系的特点,例如分子间扩散距离短、微通道的比表面积大、传热和传质速度快等,促进了微流控芯片在有机合成反应中的发展.本文总结了微通道反应器的特点、微通道反应器中常用的流体驱动技术和微通道中流体的混合技术.通过一系列在微流控芯片中进行的有机合成反应,包括液-液均相反应、催化反应、相转移反应和异常激烈的有机合成反应等,进一步说明了微通道反应器同时具有微量和连续流动的优点.微通道反应器的发展不但在合成路线的优化方面有重要意义,而且有助于相关化学工业过程的改进.     

微反应技术在均相反应中的应用

微反应技术是研究和开发新型化学过程的合适方法，能够精准控制混合时间和反应温度，获得高重复性结果，提高反应效率。微反应技术可应用于均相和多相反应体系，尤其适合处理高温、高压、强放热反应和易燃、易爆、有毒有害原料或中间体。本文总结了近年来微反应技术应用在不同均相反应中的研究，包括酸催化反应、光化学反应、不对称催化反应、其他液-液相及临界反应。提出了目前微反应技术在工程应用的主要问题和相关解决方案。模拟及研发新型微通道反应系统的关键在于统筹多尺度界面强化效果，结合其他使能技术避免潜在通道堵塞，通过破乳技术改善微界面反应条件，开发用于特殊复杂环境的新型复合通道材料，为今后微反应系统的工业化设计和优化提供参考。     

玻璃芯片上温控微阀的制备和微流体控制性能研究

聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAAm)在临界温度(32 ℃)附近会发生敏锐的相变, 导致其体积和表面亲疏水性的突变. 利用这种由温度刺激引起的体积变化, 可以控制微通道内微流体的运动状态. 本文以2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮为引发剂, 水-乙醇混合体系为溶剂, 在玻璃芯片通道内局部区域以紫外光诱导聚合PNIPAAm整体柱塞, 制备温控微阀. 系统地考察了聚合条件对该阀的形态和性能的影响. 在此基础上, 建立了一个芯片上的集成化单温控阀流动注射分析模型, 利用镁离子与荧光探针O,O'-二羟基偶氮苯的螯合荧光反应, 表征温控微阀的控流效果. 结果表明, 所制作的微阀温控效果良好, 在微流控领域有应用前景.     

流动聚焦型微流控体系中的液滴的图案化排列和转变模式

流体在微流通道中形成剪切流场（低雷诺数）．不同于宏观体系,由于剪切力和表面张力的竞争作用,产生的液滴在微尺度下的微流通道中形成特殊的排列现象---周期性类似“晶格”排列现象．设计了新型流动聚焦型微流控芯片,分析研究在微流体系中液滴周期性图案化排列和转变机理性,液滴排列模式受两方面因素影响：水油两相的流速比值和微通道尺寸．当微通道宽度为250或300 μm时,液滴形成单层分散,双层和单层挤压排列．当微通道宽度为350 μm 时,液滴会形成单层分散到三层排列到双层挤压最后到单层挤压排列．当出口通道宽度增加到400 μm时,甚至出现了液滴四层排列的现象．同时研究了各个液滴排列模式的“转变点”.     

微流控芯片上细胞相互作用及质谱联用分析方法研究

细胞分析在生命科学领域中占有重要地位,为了解决常规细胞分析中遇到的难于操纵、成分复杂且含量微小、无法提供复杂微尺度生长环境等问题。微流控芯片技术的出现,从很大程度上克服了这些难点。微流控芯片由于自身微尺寸的特点,具有试剂消耗量小、分析速度快、便于集成化,微型化和自动化程度高等优势,已被广泛应用于分析化学、生命科学等领域。近年来,微流控芯片技术在细胞分析中的研究受到了越来越广泛的关注。清华大学化学系林金明教授     

集成核酸提取的实时荧光PCR微全分析系统

集成核酸提取的实时荧光PCR微全分析系统将核酸提取、PCR扩增与实时荧光检测进行整合,在同一块微流控芯片上实现了核酸分析过程的全自动和全封闭,具有试剂用量少、分析速度快、操作简便等优点。本研究采用微机械加工技术制作集成核酸提取微流控芯片的阳极模,使用组合模具法和注塑法制作具有3D通道的PDMS基片,与玻璃基底通过等离子体键合封装成集成核酸提取芯片。构建了由微流体速度可调节(0~10 mL/min)的驱动控制装置、温控精度可达0.1℃的TEC温控平台、CCD检测功能模块等组成的微全分析系统。以人类血液裂解液为样品,采用硅胶膜进行芯片上核酸提取。系统根据设置好的时序自动执行,以2 mL/min的流体驱动速度完成20μL裂解液上样、清洗;以1 mL/min的流体驱动速度完成DNA洗脱,抽取PCR试剂与之混合注入到反应腔。提取的基因组DNA以链上内参基因GAPDH为检测对象,并以传统手工提取为对照,在该系统平台上进行PCR扩增和熔解曲线分析实验。片上PCR扩增结果显示,扩增曲线明显,Ct值分别为25.3和26.9。扩增产物进行熔解曲线分析得到的熔解温度一致,均为89.9℃。结果表明,此系统能够自动化、全封闭的在微流控芯片上完成核酸提取、PCR扩增与实时定量分析。