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。     

微流控芯片上的颗粒被动聚焦技术

微流控芯片上的颗粒聚焦技术已广泛用于生物、化学、工程和医疗等领域。精确的聚焦过程是计数、检测或分选等应用的关键预处理步骤。颗粒聚焦技术根据是否引入外部能场和鞘流,分为主动聚焦、被动聚焦和鞘流辅助聚焦。被动聚焦利用流体的惯性、黏弹性等特性操控颗粒在流体中的平衡位置,拥有结构简单、高通量、生物兼容、低成本和无标记等多重优点。已有大量文献针对微流控芯片上的颗粒被动聚焦技术,从芯片的结构拓展、微流体特性和微粒特性等方面,开展了实验和数值计算研究。本文对微流控芯片上的颗粒被动聚焦技术最新研究进展进行了综述,首先对流体中颗粒受到的水动力和聚焦相关原则进行阐述,进一步详细综述被动聚焦技术进展,最后对该技术的未来发展作出了展望。     

惯性力辅助微流控芯片-ICPMS研究单细胞对纳米Al2O3的摄取

随着人类对生命体系研究的深入,阐明细胞异质性的单细胞分析已成为生命分析的研究热点.基于流体动力学原理的惯性微流控技术在单细胞聚焦分离中表现出优越的性能.为深入探究螺旋结构对单细胞聚焦的影响,我们设计了三种不同半径变化的螺旋微流控芯片用于单细胞聚焦分离,结合电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)构建了单细胞分析系统,研究了A549细胞对纳米Al₂O₃(nano-Al₂O₃)的摄取行为.研究表明,半径每90°变化的螺旋型芯片在通道内可生成更强的Dean涡流,更有利于单细胞聚焦.经nano-Al₂O₃孵育后,细胞间铝含量分布存在明显差异,在单细胞层面证明A549细胞对nano-Al₂O₃的摄取存在异质性.本研究设计的芯片可在较短通道及较低流量下实现单细胞有效聚焦,为单细胞分析提供了新的平台.     

微流控芯片二维电泳研究进展

综述了微流控芯片二维电泳技术及其在生命科学中的应用,包括胶束电动力学毛细管色谱(MEKC)与毛细管区带电泳(CZE)、等电聚焦(IEF)与CZE、开管电色谱(OCEC)与CZE耦联等模式的二维微流控芯片。展望了二维微流控芯片的应用前景。     

微流控芯片结合表面增强拉曼光谱实时监测α-苯乙醇的微量合成反应

表面增强拉曼光谱（SERS）因极高的检测灵敏度且能够提供丰富的分子结构信息,可实现原位、实时监测等优点而成为广受关注的痕量分析工具.本文发展了基于微流控和SERS的联用技术,实现了微有机合成反应的现场监测.以磁性核壳纳米粒子Fe₃O₄@Ag为SERS基底,通过外加磁场调控富集实现连续的SERS检测;结合微流控反应器在有机合成中反应物用量少、效率高、易于实现在线检测和高通量筛选的优势,实现了α-苯乙醇的微量合成反应以及实时SERS监测.研究表明,Fe₃O₄@Ag核壳纳米粒子具备在微流控反应通道中的磁富集功能和SERS连续检测的性能.通过改变微流控通道中反应物的流速可调控反应速度,在固定时间内获得不同浓度的反应物,利用差谱技术消除反应物光谱的干扰,获得了产物α-苯乙醇的特征SERS光谱.结果表明微流控技术与SERS联用可发展成为微量有机反应的监测手段,在有机化学反应高通量筛选中具有潜在应用价值.     

激光诱导荧光微流控芯片分析仪的研制

研制了一种基于激光诱导荧光检测方法的微流控芯片分析仪。该分析仪使用玻璃基质聚二甲基硅氧烷(PDMS)微流控芯片,可一次性进行12通道的电泳分离实验。仪器采用共聚焦式光路结构,并可通过检测由微流控芯片反射的激光信息,控制步进电机实现芯片的自动精确定位。实验结束自动保存数据,绘制分离图谱。。对9种不同长度的50 bp DNA Ladder片段进行电泳分离及数据分析,耗时在5 min内,且分离效果良好。     

微液滴微流控芯片:微液滴的形成、操纵和应用

微流控芯片中形成的微液滴粒径均一、可控,与传统的连续流体系相比,具有能实现试剂的快速混合、通量更高等优点.本文介绍了微流控芯片中由微通道控制的微液滴的形成、分裂、合并、混合、分选和捕获等微液滴操纵技术,以及微液滴技术在纳米粒子、聚合物微粒的合成、纳米粒子自组装、蛋白质结晶研究和DNA、细胞分析等领域的研究进展.     

微流控芯片中细胞动态胞吞二氧化硅纳米颗粒的研究

研究了用微流控芯片在体外模拟人体血液流动状态下细胞胞吞二氧化硅纳米粒子的方法和特性. 通过调节储液池的液面差, 使细胞从微通道入口流入并在通道内沉积贴壁生长. 将含有贴壁细胞的微流控芯片放入37 ℃/体积分数5%CO₂的培养箱中, 使细胞培养液连续流过贴壁细胞. 培养24 h后, 在流动的培养液中加入作为荧光标记物的500 nm 粒径的掺杂有异硫氰酸荧光素(FITC)的二氧化硅微球(MSN), 继续培养6 h后, 用荧光显微镜测定细胞胞吞二氧化硅纳米粒子后的荧光强度, 考察了不同流速下细胞对二氧化硅微球摄入量的影响. 结果表明, 在动态条件下, 细胞对二氧化硅微球的吞噬量明显下降, 当流速从0.022 mm/s 增加至0.74 mm/s时, 吞噬量从静态测得值的74.7%下降至7.1%.     

微流控高通量试样引入技术的研究进展

如何实现外部宏观系统与芯片微观系统之间的衔接一直是微流控芯片分析领域中一个重要的研究课题。本文结合作者所在研究组的工作及成果,介绍了当前微流控高通量试样引入技术的研究进展。其中分别介绍了基于固定储液池、流通池和取样探针3种模式的微流控芯片系统试样引入系统,以及基于毛细管的微流控高通量试样引入系统。此外,还对该领域研究发展的前景进行了展望。     

微流控芯片电泳技术在临床检测中的新进展

微流控芯片电泳技术作为一种消耗少、速度快、效率高的分析技术,可同时实现便携化、集成化、高通量,在临床检测中发挥着重要作用。该文综述了近年来微流控芯片电泳技术在临床应用方面的研究进展,主要包括微流控芯片电泳技术在小分子、氨基酸、蛋白质、核酸、细胞等方面的应用近况。同时,介绍了一种崭露头角的基于大管电泳技术的大通道电泳微流控芯片技术,最后对微流控芯片电泳技术实现临床分析进行了展望。     

微流控二维电泳芯片的电压控制优化

基于微流控二维电泳芯片(2D-EMC)的流路特点,建立等效电阻模型,以便给出各端电压的合理取值范围,成功实现微流控芯片二维电泳分离.经实验测定各微通道电阻,在各端电压合理取值范围内,通过电流测量调整(优化)电压,得到了一组优化的电压控制方案,在化学发光-2D-EMC系统中成功实现了精氨酸和甘氨酸衍生物的二维分离.本方法显著减小了实现微流控芯片二维电泳分离的实验次数.     

一步法高通量可控制备生物相容水/水微囊及其响应释放

生物相容水/水微囊在药物递送、 医学治疗等领域具有重要应用. 本文通过设计同轴微流控器件, 结合数值模拟优化和流动阻力分析, 实现一步法高通量可控制备大小均匀、 尺寸可控、 壁厚可调、 生物相容的水/水微囊. 采用实验研究和数值模拟相结合的方式, 研究了微流控器件结构、 内相流速、 外相流速、 外相/空气界面张力、 内相/外相界面张力、 内相黏度和外相黏度等参数对水/水微囊直径和壁厚的调控规律. 通过微通道流动阻力分析, 设计多通道平行放大微流控器件, 实现尺寸均匀可控水/水微囊的高通量制备. 验证了生物相容水/水微囊作为活性物质的理想载体, 可以通过改变pH或溶解囊壁释放载体, 进而实现活性物质的pH响应释放, 为其实际应用奠定了基础.     

氯丙嗪分子印迹化学发光微流控传感器芯片的研究

以氯丙嗪分子印迹聚合物为识别物质,以鲁米诺-K3Fe(CN)6化学发光体系,建立了一种新型的氯丙嗪化学发光微流控分子印迹传感器芯片的检测方法。利用二氧化碳激光在聚甲基丙烯酸甲酯材质上刻蚀出200μm宽,150μm深的微通道,8 mm长,1 mm宽,0.5 mm深的微检测池。微检测池中填充50μm粒径大小的热聚合得到的氯丙嗪分子印迹聚合物作为识别物质,在线富集氯丙嗪,富集的氯丙嗪可以增强鲁米诺和K3Fe(CN)6的化学发光强度,以化学发光强度定量氯丙嗪量。该传感器的响应值与0.02~0.4μg/mL氯丙嗪呈良好的线性关系,检出限为8 ng/mL(3σ)。该微流控传感器芯片已用于测定人尿液中的氯丙嗪。     

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。     

基于微流控芯片的微阵列分析

微阵列芯片具有高通量、微量化和自动化等特点,已经在很多领域得到广泛应用。但是微阵列芯片仍然具有不足之处,如所需设备昂贵、分析时间较长、灵敏度不高、多样品平行分析能力不足等。微流控芯片微米级的通道具有相对较大的比表面积和较短的扩散距离,能够显著加快分析速度、提高检测效率、增强分析性能,并且能够加工大量的平行通道用于多样品分析。目前已经有大量文献报道将微流控芯片和微阵列芯片相结合,发展了独特的杂交方式并在实验和理论上分别证明了两者相结合的优势,本文综述了将微流控芯片技术应用于微阵列分析的研究进展,着重介绍了在微流控芯片上进行微阵列分析时的杂交方式、促进杂交的措施以及杂交过程的数学建模,同时也介绍了其他分析步骤方面的进展。最后分析了目前微流控芯片技术在进行微阵列杂交应用方面的不足及其原因,并指出这两项技术相结合的优势和未来。     

基于牺牲层工艺的微流控亚微米粒子计数器研究

设计了一种基于微机电系统表面微加工工艺的亚微米粒子计数器微流控芯片。该芯片具有可大规模生产、价格低廉的优势,相比于纳米粒子跟踪分析技术和动态光散射技术,具有体积小、便于集成和在线检测的优点。芯片的检测区域尺寸为高700 nm、宽1μm,可以检测到粒径300 nm的聚苯乙烯微球,具有良好的信噪比。该芯片可以提供一种新的价格低廉的亚微米颗粒物在线检测方法,且采用微机电加工技术,和半导体加工工艺兼容,具有形成芯片实验室的潜力。     

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。     

微流控芯片上的细胞分析研究进展

近年来,微流控分析系统(μTAS)在生物细胞分离领域的发展引起了广泛的关注。微流控芯片的微米级尺寸的通道适合于单细胞样品的引入、操控、反应、分离和检测,已经在微芯片上实现了上述功能,并将这些功能集成在具备毛细管电泳分离功能的微芯片上。     

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。     

MOFs基微流控电化学芯片对多种重金属离子的实时在线检测

将具有丰富微孔的ZIF-8金属有机框架和电化学技术对金属离子的富集作用与微流控器件对溶液流动的可控性相结合,构建了一种新型传感器,实现了高通量、实时和快速检测环境中的多种金属离子污染物.研制的ZIF-8-Nafion/ITO基微流控电化学传感器对Cd²⁺,Pb²⁺及Hg²⁺离子在0.1～100μmol/L的浓度范围内具有良好的线性关系,检出限分别为0.055,0.0025及0.0016μmol/L(S/N=3).该微流控芯片对于样品的需求量少,可降低对能源的消耗;同时由聚二甲基硅氧烷拓印的微流控器件还有望实现柔性电极的功能,对便携式电化学柔性器件在生物和环境样品的集成化和自动化检测具有重要意义.