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。     

基于微流体脉冲驱动控制技术的电化学微流控芯片制备方法

基于微流体脉冲驱动控制技术搭建了电化学微流控芯片的制备系统.首先将纳米银墨水和甘油溶液分别微喷射到玻璃基底表面形成微电极图形和微流道液体阳模图形;然后分别进行烧结和聚二甲基硅氧烷(PDMS)模塑工艺制得微电极和微流道;最后将微电极和微流道键合形成电化学微流控芯片.研究了系统参量对液滴产生的影响以及液滴直径和重叠率对液滴成线的影响,制得的微电极最小线宽为45 μm、厚度为2.2 μm、电阻率为5.2 μΩ·cm,制得的微流道最小线宽为35 μm,流道表面光滑.采用制得的电化学微流控芯片进行了葡萄糖浓度的电化学流动检测.结果表明,葡萄糖溶液的浓度与响应电流具有较高的线性关系,可对一定浓度范围内的葡萄糖溶液进行定量检测.基于微流体脉冲驱动控制技术的电化学微流控芯片制备方法具有微喷射精度高、重复性好,制备系统结构简单、成本低廉等优点,可用于生化分析、生物传感器等领域的芯片制备.     

连续流动式聚合酶链式反应生物芯片/微装置中脱氧核糖核酸样品的驱动控制技术进展

介绍国内外连续流动式聚合酶链式反应生物芯片／微装置中脱氧核糖核酸样品的驱碧控制技术进展，主要包括恒流泵（注射泵驱动和蠕动泵驱动）、旋转泵驱动、磁流体动力驱动以及自然对流驱动等。并对这几种驱动方式的优缺点作简要的讨论（引用文献43篇）。     

无吡啶卡尔.费休试剂微库仑法测定石油产品中微量水分的研究

研究了无吡啶卡尔·费休试剂的组成及特性，并建立了利用无吡啶卡尔·费休的微库仑法测定石油产品中水含量的分析方法。方法用二乙醇胺代替吡啶制备成新的卡氏试剂、无臭味、操作方便、分析速度快、灵敏度高、重复性好，其检测下限为１．０μｇ／ｇ，实际样品测定的相对标准偏差小于５％。方法应用于石油产品中水分的测定，结果令人满意。     

基于光波导微环谐振器的lgG非标记检测微流体分析系统

设计开发了与微环谐振器集成的微流体通道系统,不仅避免了敞开环境中由于液体挥发造成的微环谐振器表面盐分的聚结,屏蔽空气中的各种杂质,而且只需要30 μL反应溶液,减少了药品用量,大大节约了实验成本.同时,采用绝缘体硅(SOI)材料,利用光刻技术设计和制作了波导宽度为450 nm,半径为5 μm,品质因子(Q值)为20000的光波导微环谐振器.集成的微环谐振器传感系统具有低成本、免标记、能实时监测生化反应过程等特点.以不同浓度的酒精溶液为测试对象,研究了微环谐振器对均质溶液的传感性能,传感芯片对溶液折射率的探测灵敏度为76.09 nm/RIU,探测极限为5.25×10Symbolm@@_4 RIU,验证了此微环谐振器对均质溶液进行浓度检测的可行性.利用此传感系统对人免疫球蛋白IgG进行了非标记免疫检测.在测试中,采用微流体通道系统将相应抗体修饰到微环谐振器表面,利用光谱仪对修饰过程以及抗原抗体特异性结合过程中的共振谱线漂移情况进行了监测.结果表明,光波导微环谐振器可以对生物分子进行实时监测.     

微流体技术制备聚合物微粒的研究进展 Ⅰ.合成聚合物颗粒的方法及颗粒种类

综述了微流体技术合成聚合物颗粒的研究进展,包括基于液滴的合成、用流动刻蚀的技术合成及在设备中交替组装成复杂颗粒等合成组装技术,介绍了由此合成的一些不同形状和结构的颗粒及其性能,其中包括具备低密度和特殊表面性能的多孔性颗粒、可以通过加入功能物质制备出的性能优异的复合颗粒、拥有层状结构及多重性能的多功能颗粒、基础的球形颗粒以及通过微流体设备制备的非球形颗粒。     

微量金属元素的毛细管电泳分析方法及应用

综述了毛细管电泳分析微量金属元素的基本原理、分离模式(CZE、MKEC、非水电泳、芯片分离等)、检测方法(紫外、荧光、化学发光、安培、电导、质谱联用技术)等的进展和该技术在环境、生物医学领域的研究与应用。引用文献94篇。     

一种新颖的微纳流体器件制造方法与痕量富集应用

建立了一种利用光致聚合反应制备微纳流体器件的新方法,并开展了相应的痕量富集实验研究:建立描述光致聚合反应中引发剂分解、自由基消耗、聚合反应等的理论模型,利用COMSOL软件计算分析了微尺度凝胶光致聚合反应过程,获得凝胶纳米筛宽度随曝光时间和光强的变化规律;以倒置荧光显微镜为平台,通过聚焦和分光等控制手段,在微流道的特定区域实现孔密度可调的凝胶纳米筛集成,形成微纳流控芯片;以Poisson-Nernst-Planck模型为基础,对纳流体电动富集过程进行计算,确定纳孔密度与富集倍率的关系;利用制备的芯片开展纳流体电动富集实验,发现前驱液中单体丙烯酰胺与交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺质量比为9∶1时,对痕量异硫氰酸荧光素(Fluorescein isothiocyanate,FITC)小分子的富集倍率达到600倍。     

热压聚合物微流体芯片成型过程的温度场有限元模拟研究

热压法(Hot embossing)是一种快速复制微流控芯片的技术.它是生产高质量、高精度聚合物材料微流体芯片的一种方法.     

基于电流脉冲沉积法的硝酸根微传感器研究

基于微加工技术(Microfabrication technology)制备微传感电极并进行电化学表面修饰,研制出一种用于水体中NO#3浓度检测的电化学微传感器。微传感器以两电极传感芯片为信号转换部件,使用电流脉冲沉积法在铂质工作电极表面制备微观形貌呈枝簇状的铜质敏感材料,利用铜质材料对酸性溶液中NO#3的电催化还原特性,测量还原电流的大小,实现对NO#3浓度的检测。采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射分析(XRD)技术对敏感膜进行表征和监测,探索高活性铜质敏感膜的制备方法;使用微传感器对硝酸盐标准样品进行检测,在低浓度范围(12.5~200μmol/L),响应灵敏度为0.1422μA/(μmol/L);高浓度范围(200~3000μmol/L),响应灵敏度为0.0984μA/(μmol/L),均表现出较高的检测灵敏度;使用微传感器对北京等地的实际湖库水样进行检测,结果与专业水质检测机构采用紫外分光光度法的测试结果偏差在#3.9%~15.4%之间,两者具有一定的相关性,表明微传感器能够用于实际水样中NO#3浓度的测量。     

CO2激光直写加工聚合物微流体芯片的建模研究

在CO2激光直写聚合物(PMMA)微流体芯片加工原理基础上,对激光直写PMMA微流道的数学模型进行了研究.采用能量守恒原理对激光直写PMMA微流道成型进行分析,结果表明,其微流道的形状呈高斯函数型分布,并获得了微流道深度和激光功率、加工速度的函数关系及微流道截面形状的数学模型.实验数据较好地验证了所建模型的正确性,该模型对CO2激光直写聚合物(PMMA)微流体芯片的加工工艺具有很好的指导作用.     

微乳液相色谱测定药物的油-水分配系数的新方法研究

建立快速微乳液相色谱法(MELC)测定药物的油-水分配系数(log P)的方法. 选择5种模拟生物膜的微乳流动相体系, 以7个标准药物的log P对保留因子(log k)的回归线性方程, 计算被测药物的log P值. 并以药物文献的log P值对实验测得log k值的线性相关系数为参数, 对微乳体系的表面活性剂和油相的种类进行考察, 得到测定非同类的中性、碱性药物的油-水分配系数最佳流动相体系为6.0% Brij35-6.6%正丁醇-0.8%正辛醇-86.6%磷酸缓冲液(0.05 mol• L－1, pH 7.0), 其测得值与文献的实验值平均相差0.3个对数单位. 结果显示该方法可靠、高效、重现性好, 可用于药物的油-水分配系数log P的测定.     

基于脉冲直流电喷雾离子化的自动化原位质谱分析系统及其应用

脉冲直流电喷雾离子化质谱（PDESI-MS）分析具有原位、实时、快速和可分析微量样品等优点。然而,目前的PDESI-MS系统需手动操作进行样品处理和质谱进样,存在操作繁琐、步骤多、误差大和准确度低等问题。本工作研制了一套高通量、全自动化和一体化的PDESI-MS系统,探索了其在真核生物（单个膀胱癌细胞）和原核生物（细菌单菌落）中小分子代谢物原位检测分析中的应用。结果表明,本自动化PDESI-MS系统可有效检测不同菌种代谢物,实现了不同类型大肠杆菌的分类定型;同时,皮升级液滴产生技术使其可应用于单细胞检测。自动化PDESI-MS系统可实现高精度、高密度、高重复度和高自动化的原位样品萃取,特别是微量小体积样品的分析,在食品安全、再生医学、药物筛选和临床治疗等领域具有极大的应用潜力和良好的发展前景。     

应用分子力学、分子图形学以及量子化学方法研究 有机试剂结构及作用机理(Ⅰ)——吡啶偶氮及三苯甲烷类显色试剂的构象问题

应用分子力学方法研究有机试剂尚少见诸报道.由于这类分子培养单晶比较困难,实验几何参数不多;且有机试剂分子与金属离子是在一定pH值的溶液中进行反应,因而溶液中的构象可能与晶体中的分子有所不同,如何了解这种结构上的差异,对于研究有机试剂的性能和作用机理有着重要的意义.本文应用分子力学及分子图形学方法,对吡啶偶氮类型以及三苯甲烷类型有机显色试剂的构象问题进行了探讨.     

基于漂浮有机液滴凝固液相微萃取的黄酮类化合物分配系数及含量测定

以漂浮有机液滴凝固液相微萃取（SFODLPME）对中药中黄酮类化合物进行富集,建立SFODLPME-HPLC快速测定中药材样品中低丰度黄酮类化学成分含量的方法. 并讨论了黄酮类化合物富集倍数与浓度之间的关系、富集倍数与供相体积之间的关系,定义和阐述了EF1μg?mL-1及其物理意义,计算了漂浮有机液滴凝固相体积及黄酮类化合物的表观分配系数. 在SFODLPME的优化条件下结合高效液相色谱测得8种黄酮类成分的线性范围均为0.01~10.00μg/ml;检测限在1.0~0.01ng/mL;精密度RSD<7.0%;药材中分析物的回收率在96.0% ~104.2%. 当加入萃取溶剂体积为40μl 时,形成漂浮有机液滴凝固相体积为52±14μl;8种黄酮类成分的表观分配系数在44.8~243.9之间.     

氯酸钾存在下铍-铝试剂体系的极谱波研究及应用

研究了在氯酸钾存在下铍－铝试剂体系的极谱波行为及应用。在ｐＨ７．５的Ｃｌａｒｋ－Ｌｕｂｓ缓冲溶液中,铍－铝试剂络合物于－０．７７Ｖ可产生灵敏的极谱波,加入氯酸钾后极谱移至－０．７３Ｖ,波高增大了３倍,导数波高与Ｂｅ＾２＋浓度在０．００５～０．２ｍｇ／Ｌ范围内呈线性关系,检测限为３．５×１０＾－３ｍｇ／Ｌ。研究了极谱波性质及电极反应机理,证明该极谱波为络合吸附催化波。铍与铝试剂形成配位比１：２的络合     

应用分子力学、分子图形学以及量子化学方法研究有机试剂结构及作用机理(Ⅱ)——吡啶偶氮试剂与金属离子螯合的GP理论

本文首先应用MMX分子力学方法讨论了一系列吡啶偶氮试剂的构象特征;用MINDO/3方法计算了各分子的基态性质;应用广义微扰理论研究了试剂分子与金属离子的螯合机制,指出此二者相互作用可为电荷或轨道控制反应,因而呈现出不同的配位位置。还讨论了轨道电负性、微扰作用及形成多元络合物的意义。从分子静电势图进一步印证了所述结论的合理性。     

钍试剂Ⅱ及铍(Ⅱ)-钍试剂Ⅱ电化学行为的研究——Ⅰ.铍(Ⅱ)-钍试剂Ⅱ配合物吸附电流的研究和应用

本文研究了铍(Ⅱ)-钍试剂Ⅱ在EDTA、二苯胍、氨-铵缓冲溶液(pH9.5)中的电极行为和电流性质,并对有关机理进行了探讨。提出痕量铍的测定方法,线性范围为0.0005～0.1μg/ml。检出限为0.2ngBe(Ⅱ)/ Ml。用于煤飞灰中铍的直接测定,操作简单,结果满意。     

集成微流体驱动泵的微流控微珠阵列芯片用于基因突变检测的研究

建立了一种基于微泵集成微流控微珠阵列芯片及三磷酸腺苷双磷酸酶(Apyrase)介导的等位基因特异性延伸的基因突变检测方法。将微流控芯片、引物修饰微珠阵列及基于毛细和蒸发作用的微流体驱动泵集成构建检测芯片,待测目标序列流过装配的微球阵列并与微球表面延伸引物杂交,在Apyrase和去除外切酶活性的Klenow DNA聚合酶协同作用下,引物3’末端碱基与目标序列包含的基因突变检测位点匹配则能够发生延伸,并将生物素化的dCTP掺入到引物的延伸序列中并固定在微球表面,链霉亲和素修饰量子点能与微球表面引物延伸序列中的生物素结合并提供荧光信号,而引物3’末端与目标序列存在单碱基不匹配则不能发生延伸。结果表明:采用这种单碱基识别技术,微泵驱动的芯片内可以检测0.2 pmol/L目标序列(信背比>3),液压驱动的芯片内能识别0.5 pmol/L目标序列,而芯片外检测只能识别0.1 nmol/L目标序列,微泵集成芯片在检测基因突变时其灵敏度较芯片外基因突变分析提高了500倍,并在0.5～30 pmol/L目标序列浓度范围内待测序列浓度与检测信号呈良好的线性关系。测定了一个人基因组样本中多药耐药蛋白基因1(MDR1)的两个多态性位点C3435T及G2677T,结果显示该样本具有3435CT及2677TT的基因型组合,此结果与DNA测序结果一致。本方法用于基因突变分析,具有良好的特异性、灵敏性及稳定性。