纳流控芯片的微加工技术及其应用*

纳流控学和纳流控芯片应用于化学和生化分析的研究近年来取得了长足的发展。纳流控的基础和应用研究以纳流控芯片的研制为基础,而纳流控新品的制备需依靠微纳加工技术。本文着重介绍目前已经建立的纳流控芯片加工技术,包括掩膜加工法、牺牲层技术、模具加工法、化学-机械抛光法、机械拉伸技术以及其他的加工技术。此外,还简单介绍了纳流控芯片在试样预处理以及生化分析中的应用。     

整体柱富集技术在微流控芯片系统中的应用

样品预处理技术是微流控芯片技术发展的瓶颈之一。整体材料是近几年在色谱领域发展起来的一种新型色谱填料,具有结构均匀、传质速度快、通透性好、制备过程简单等优点,被广泛用于微流控芯片系统中。该文综述了整体柱富集技术在微流控芯片系统中的应用进展,引用文献80篇。     

制造玻璃微流控芯片的简易加工技术

报道了在普通化学实验室中设计和加工玻璃微流控芯片的方法。用Adobe Illustrator 8.0软件微流控片图形，通过高分辨率激光照排机在照相底片上制得光刻掩模。用商品匀胶铬板表面的145nm Cr/570nm Az-1805光胶层作为保护层，在50℃刻蚀液（1mol/L HF 1mol/L NaF)中，刻蚀速度为2μm/min。通过彻底洗净加工好的玻璃基片，提高了芯片热键合的质量和成品率。制得的芯片已成功地用于氨基酸分离和PCR扩增。     

电渗析技术在脱氧核糖核酸在线富集芯片中的应用

基于电渗析技术,制作了一种“三明治”式的膜分离微流控芯片,用于脱氧核糖核酸(DNA)的无损伤在线富集.以花菁类染料为荧光指示剂,实现DNA在此芯片中的在线富集观测;分别以λ-DNA和λ-DNA-血红蛋白混合体系为模型化合物,探究其在此芯片中的富集特性;对浓缩液进行凝胶电泳实验,以考察DNA是否变性,并进行聚合酶链反应,以证明本芯片回收的DNA可供进一步的生物分析.结果表明:以花菁类染料为荧光指示剂,本芯片成功实现DNA的在线富集观测;本芯片能够无损伤捕获并浓缩单一体系和简单混合体系中的DNA分子,DNA的富集倍数近50倍,回收率约30％,浓缩液可用于进一步的生物分析.     

玻璃微流控芯片廉价快速制作方法的研究

研究了一种玻璃微流控芯片的快速、低成本制作工艺和方法. 该方法采用商品化的显微载玻片(soda-lime玻璃)作为芯片基质材料, 利用AZ 4620光刻胶代替传统工艺中的溅射金属层或多晶硅/氮化硅层作为玻璃刻蚀的掩膜层, 同时利用一种紫外光学胶键合方法代替传统熔融键合方法实现芯片的键合, 整个工艺对玻璃基质材料要求低, 普通微流控芯片(深度小于50 μm)制作流程仅需约3.5 h, 可降低制作成本, 缩短制作周期. 还系统地研究了光刻胶厚度、光刻胶硬烘时间和玻璃腐蚀液配比对玻璃微流控芯片制作的影响, 获得了优化的工艺参数.     

一种玻璃微流控芯片的制作方法研究

研究了以ITO膜为掩膜的玻璃微芯片的制作方法和玻璃-玻璃键合技术,并详细讨论了腐蚀条件对掩膜的性能、玻璃的蚀刻速率和微通道表面形貌的影响.总结出了该制作方法与传统玻璃芯片的制作方法相比具有的特点和优势.开发出了一种成本低且简易的玻璃芯片制作方法.     

一种玻璃微流控芯片的实用制作工艺研究

本文提出了一种在商品化的SG4009玻璃上制作50×50 mm微流控芯片的方法。SG4009玻璃表面有厚度570 nm的光刻胶S-1085和厚度145 nm的Cr层组成的掩蔽层,省去制作掩蔽层的时间和设备,降低了生产成本,缩短了生产周期。对芯片制作过程中的一些问题进行分析研究,提出相应的解决方案,保证了芯片的制作质量。     

蛋白质DNA混合微点阵和微流控芯片的整合

在活化的石英片上制作蛋白质和DNA微点阵, 并可逆地将其与含有通道的多聚二甲基硅氧烷弹性橡胶封接在一起, 使蛋白质和DNA微点阵组装在微通道列阵内; 实现在微通道列阵内同时检测和分析蛋白质与DNA的功能. 为了降低多聚二甲基硅氧烷弹性橡胶的疏水性, 增强其生物相容性, 实验通过多聚赖氨酸对多聚二甲基硅氧烷弹性橡胶的修饰, 提高了它的亲水性, 使溶液能够在微通道内顺畅地流通. 实验表明, 这种混合芯片能够提高检测速度和增加检测的信息量.     

玻璃-PDMS复合芯片微流控气动微阀的研制

报道了一种基于玻璃-PDMS复合芯片微流控气动微阀的制作方法,该方法较Unger等^[1]的方法更为简单易行,并克服了PDMS芯片气动微阀刚性不足和与外流路连接困难的缺点,提高了微阀的可靠性.     

微流控芯片技术在蛋白质分析中的应用进展

近年来,微流控芯片技术取得了显著的发展。随着微电子及微机械等制作技术的不断进步,高通量、高效、快速、低成本的微流控分析芯片在蛋白质和多肽分析方面获得了令人瞩目的成果。本文主要介绍了微流控芯片在蛋白质组学分析研究的应用和发展。引用文献52篇。     

聚合酶链式反应微流控芯片的准分子激光制备和应用研究

摘要采用价格便宜的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)代替价格昂贵的硅或玻璃作为聚合酶链式反应(PCR)微流控芯片的基片材料,采用柔性大且自动化程度高的准分子激光微加工方法代替加工工艺复杂的光刻化学腐蚀方法,在19 kV和18 mm/min的优化加工参数下,在48 mm×67 mm×1 mm的PMMA基片上制备出20个循环的PCR微流控芯片. 芯片微通道横截面呈梯形,底面光滑. 微通道宽104 μm,深56 μm,长2 060 mm,加工耗时约110 min. 该芯片和相同尺寸的盖片在160 N和105 ℃条件下通过热压经20 min键合在一起,键合强度为0.85 MPa. 键合后的芯片和温控系统集成在一起,采用比例积分微分(PID)方法得到的控温精度为±0.2 ℃,采用红外热像仪得到的相邻温区间的温度梯度分别为16.5和22.2 ℃,最后利用该芯片在对170 bp的DNA片段实现了体外扩增.     

生物素修饰纳米银探针的制备及在蛋白芯片可视化检测中的应用

采用寡核苷酸为连接分子成功制备了生物素修饰的纳米银探针, 并建立了纳米银催化同种金属离子的特异性还原显色反应. 实验采用蛋白质芯片为分析工具, 以微量人IgG为蛋白分析模式研究了纳米银探针/氢醌/硝酸银体系的显色分析性能. 实验结果表明, 上述检测体系可对160 fg~100 pg含量范围内的微量蛋白显示可视化结果, 蛋白点的灰度值与其浓度具有良好的相关性, 最小蛋白检测量可达160 fg. 同时还开展了与商品化链亲和素纳米金/银增强试剂显色方法的对比实验, 结果表明, 本法制备的探针对蛋白的检出限降低了约40倍, 且具有存储稳定、反应快速等优点.     

仿生树叶模型的制作及在琼脂糖微流控芯片中的应用

树叶的脉序可以更好模拟人体血管微环境, 但以自然环境中树叶为模板进行实验存在一定的季节局限性; 且不能保证每次实验所用树叶脉序形状相同, 不易控制变量, 且会对环境造成一定破坏. 本文建立了一种简易的仿生树叶模型制作方法, 并通过仿生模型构建了经济、 易操作的琼脂糖微流控芯片. 分别测定了芯片的一、 二、 三级脉序数目及尺寸, 最大脉序尺寸值可达1038.02 μm, 最小脉序尺寸为36.32 μm, 宽度不一的通道构建为细菌趋化性实验提供了稳定可靠的梯度空间, 对探索药物筛选、 微生物利害等研究具有重要意义.     

聚合物微/纳米纤维膜的研究与应用

近年来聚合物微/纳米纤维膜因具有比表面积大、密度低、孔隙率高、孔间结合性良好、易与纳米尺寸的活性物质结合等系列优异性能而受到越来越多的关注。本文归纳了聚合物微/纳米纤维的制备及其发展;分类介绍了聚合物微/纳米纤维膜的研究进展和表征方法;同时概述了聚合物微/纳米纤维膜应用在过滤材料、医药、组织工程等方面的研究情况。     

水凝胶微流控芯片的快速加工及在细胞培养检测中的应用

采用具有紫外光聚合性能的聚乙二醇(PEG)基水凝胶材料, 通过紫外光聚合作用快速加工双层水凝胶微流控芯片, 并验证了其对肿瘤细胞代谢液进行检测的可行性. 与传统微流控芯片材料相比, 该水凝胶芯片材料具有更好的生物相容性及可操控性, 可直接加工成形, 在生物学领域特别是细胞培养过程控制方面具有良好的应用前景. 实验结果表明, 该水凝胶微流控芯片可在微尺度空间有效模拟细胞生长环境, 并实现对细胞连续捕获后的原位培养. 将该芯片与卟啉可视阵列传感器系统结合, 经代谢特征分析可有效区分不同种类肿瘤细胞, 实现芯片细胞培养平台上的细胞代谢指纹快速可视化传感检测.     

蛋白质芯片及其分析应用新进展

蛋白质芯片是一种快速、高效、高通量的蛋白质组研究新技术。目前,它已成为人们研究的热点之一。本文就近年来蛋白质芯片及其分析应用新进展做一简要的评述。     

微孔/介孔复合分子筛的合成及其对CO2的吸附性能

采用两步晶化法将合成的沸石前驱液(S)或沸石固体粉末(P)经不同浓度(c)的NaOH处理后, 分别以表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)软模板或介孔炭(Meso-C)硬模板为导向剂, 自组装合成S-β-MCM41(c)、P-β-MCM41(c)、P-ZSM-MCM41(c)、P-ZSM-C系列微孔/介孔复合分子筛. 考察了沸石分子筛种类、碱处理液浓度以及介孔模板剂对合成复合分子筛结构与性能的影响. X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和氮气吸附-脱附表征结果表明产物具有微孔/介孔多级孔结构. 该材料对CO₂的吸附能力比纯微孔或介孔材料均有明显提高, 其中P-ZSM-MCM41(2)的CO₂吸附容量最大可达1.51 mmol·g^-1, 为ZSM-5沸石吸附量的两倍多.     

UV-ablation nanochannels in micro/nanofluidics devices for biochemical analysis

This paper presents a simple and cost-effective UV-ablation technique for fabrication of size-tunable nanofluidics devices via photochemical decomposition reaction. UV-irradiation through a PET photomask results in continuous decomposition of poly(carbonate) (PC), forming nanochannel and carboxyl groups on the surface of the etched PC. This photochemical decomposition process occurs at molecular scale, therefore, the depth of nanochannels can be controlled at nanometer level. The etching rate is estimated to be ca. 0.015 nm s⁻¹. To demonstrate the potential application of the present UV-ablation technique, a nanochannel was fabricated and integrated with microchannels to form a micro/nanofluidics chip for protein concentration. Using this device, about 10³-10⁵ fold protein concentration can be achieved within 10 min. The present approach offers a simple and practical solution to fabricate nanofluidics devices at low-cost, and the resulting device could provide ideal platforms for μTAS towards various applications in biology and chemistry.     

高分子链在微通道剪切流中的迁移机制及浓度的影响

提出了剪切流中高分子链在微通道内的迁移机制.该机制采用珠-簧链模型表示高分子链,高分子链受剪切作用而被拉伸,相邻珠子之间的流体力学相互作用产生了对称的扰动流场,由于在通道壁面附近对称的流场被破坏,壁面与高分子链间的流体力学相互作用使高分子远离壁面,在强受限时,这种壁面诱导的流体力学相互作用会被屏蔽掉.利用耗散粒子动力学数值模拟了高分子链在微通道压力流中的迁移行为.数值模拟结果表明,在受限较弱时,高分子链向远离壁面的方向迁移,并随着流场增强,远离壁面的趋势越强;在受限较强时,高分子链不会发生远离壁面的行为.实验研究了长链高分子λ-DNA在壁面附近的迁移行为,实验结果及模拟结果与迁移机制预测的结果相吻合,验证了迁移机制的正确性.高分子链浓度会影响高分子链的迁移行为,当高分子链浓度较大时,高分子链在通道宽度方向不会发生迁移现象,意味着随着浓度的增大,壁面与高分子链间的流体力学相互作用会逐渐被屏蔽.     

阵列式对电极介电电泳芯片及其用于细胞分离富集研究

基于介电电泳原理, 设计并制作了一种新型的能够用于细胞分离和富集的微流控介电电泳芯片. 该芯片由沉积有金电极的石英基片和带有微管道的聚二甲基硅氧烷(PDMS)盖片组成. 通过在管道底部布置间距不同的对电极阵列, 增大了正介电电泳力在管道中的有效作用范围, 能够在降低施加电压的同时, 实现对流动体系中细胞样品的捕获. 在3 V和3 MHz条件下, 该DEP芯片对人血红细胞的捕获效率达到83%; 进一步通过将肝癌细胞捕获在芯片电极上可实现对红细胞和肝癌细胞混合样品的分离, 在5 V和400 kHz条件下对肝癌细胞的捕获效率达到86%.