流动的芯浅析微流控芯片-PPT课件

什么是PDMS微流控芯片？ PDMS指的是聚二甲基硅氧烷，它是常用的芯片材料。因聚合物表面具有惰 性和憎水性 ,电渗流的大小和稳定性均低于玻璃或石英材料,使用前,通常 需进行改性以增强表面的极性或亲水性来提高和稳定电渗流。PDMS 改 性中最常用的是等离子体改性 ,但等离子体氧化处理后的PDMS微芯片的 电渗流极不稳定。 现在国内研究微流控芯片技术的研究机构有哪些？ 北京：中科院电子所 上海：中科院微系统研究所 浙江大学微分析系统研究所方群教授的团队 大连微分析系统研究所林秉承教授的研制组
什么是PCR微流控芯片？ PCR(polymerase chain reacton) 微流控芯片是一种完美的体外无限扩增核酸的 技术, 该技术就是将模板DNA、引物、Taq 酶、缓冲液混合均匀, 加入到 芯片状固体支持物上加工的微反应槽, 然后让PCR混合物重复通过由不同 方法加热的芯片上三个恒温区[melting (94℃) : annealing (55℃) : extension(72℃)] , 从而实现DNA的变性、退火和扩增。 微流控芯片是怎么做出来的？其制作方法有哪些？ 芯片微通道的制作主要有如下方法： （1）光刻化学腐蚀方法； （2）等离子或反应离子深刻蚀方法，微通道的截面形状为矩形，可得到较 高的深宽比； （3）注塑、印模或激光烧蚀； （ 4）软刻蚀技术等。键合是微流控芯片加工中一个关键的工艺环节，一般 可分为直接键合、静电键合、热键合和粘接等方法，不同的材料，其制 作方法也有所不同。
流动的「芯」浅析微流控芯片
更新时Βιβλιοθήκη Baidu：2019-3-5
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问答： 微流控芯片的进样方式有哪些？大家一般都用哪种方式进样啊？ 微流控分析系统从以电渗流为主要液流驱动手段发展到流体动力、气压、重力 、离心力、剪切力等多种手段。微流控芯片的进样方式主要还是电动进样， 即在外加电场的作用下，依靠电渗流将样品送入分离沟道。迄今为止，电动 进样主要有悬浮进样、门进样和收缩进样等几种方式。 其中悬浮进样是电动进样方式中操作最简单的一种。该方法主要是将样品废液 池接地，缓冲液池和废液池悬浮，当给样品池施加一定的电压时，样品就会 沿着进样通道向样品废液池流动，从而实现样品的装入。 采用门进样的方法是将样品池和缓冲液池的位置进行了交换，整个进样过程可 分为3 步： （1）进样前让样品池和废液池都接地，给样品池和缓冲液池分别加上一定的电 压，使缓冲液池中的缓冲液同时向废液池和样品池两个方向流动； （2）将缓冲液池和样品池悬浮一段时间，完成样品的装入； （3）使缓冲液池和样品池恢复到进样前的电位状态，样品进入分离通道，同时 也为下一次进样做好了准备。该进样方式主要特点是可以实现连续进样。 收缩进样的样品装入过程与悬浮进样不同，样品池、缓冲液池和废液池都加上 了电压，样品池接地。这样，在样品向样品池流动的同时，来自缓冲液池和 废液池的缓冲溶液也向样品池移动，制止了样品朝这两个池子方向的扩散。 收缩进样法最大的优点就是样品的进样量可以得到精确控制。
微流体技术的起源是什么？有没有相关的发展历程？ 微流体技术最早由瑞士Ciba-Geigy公司的Manz与Widme在1990年提出，当时 设想是发展一种可能作为一个化学分析所需的全部部件和操作集成在一 起的微型器件即μ-TAS。1993年Harrison和Manz等人在平板微芯片上实现 了毛细管电泳与流动注射分析，借电渗流实现了混合荧光染料样品注入 和成功电泳分离。1994年始，美国橡树岭国家实验室Ramsey在Manz的工 作基础上发表了一系列论文，改进了芯片毛细管电泳的进样方法，提高 了其性能与实用性，引起了更广泛的关注。2019年，美国加州大学的 Mathies等在微流体芯片上实现了DNA等速测序，标志着芯片的应用开发 进入了新阶段，首家微流体芯片企业Caliper Technologies公司也于该年9月 成立。2019年Mathies又将基因分析中有重要意义的聚合酶链反应（PCR） 扩增与毛细管电泳集成在一起，展示了微全分析系统在生物医学研究方 面的巨大潜力。2019年之后，一些微流体芯片开发企业纷纷与世界著名 分析仪生产厂家合作，例如，Agilent与Caliper联合利用各自的技术优势推 出首台这方面的分析仪器Bioanalyzer2100及相应的分析芯片。至此，微流 体芯片技术的开发成为了研发热点。
微流控芯片毛细管电泳是什么？ 就是在玻璃或石英等材料上刻制微细同道，然后加上电压进行分离的技术。 该技术集中了毛细管电泳和色谱的优势于一体，是一种崭新的分析平台， 目前国内有大连化物所，中科院及南通附属医院开展较多。
微流体技术有什么特点？ 总体上看，该技术具有以下特点： （1）集成性，芯片集成的单元部件越来越多，且集成的规模也越来越大。 所涉及到的部件包括：和进样及样品处理有关的透析、膜、固相萃取、 净化；用于流体控制的微阀（包括主动阀和被动阀），微泵（包括机械 泵和非机械泵）；微混合器，微反应器，当然还有微通道和微检测器等。 （2）分析速度快。 （3）高通量。 （4）能耗低，物耗少，污染小。每个分析样品所消耗的试剂仅几微升至几 十个微升，被分析的物质的体积只需纳升级或皮升级。 （5）廉价，安全。因此，微流控分析系统在微型化、集成化和便携化方面 的优势为其在生物医学研究、药物合成筛选、环境监测与保护、卫生检 疫、司法鉴定、生物试剂的检测等众多领域的应用提供了极为广阔的前 景。
微流体芯片实验室主要有哪些部分构成？ 微流控芯片实验室主要有以下3部分构成： （1）芯片材料。在微米或者纳米的数量级上，可用于芯片的常见材料有玻 璃，石英和各种塑料。玻璃和石英有很好的电渗性质和优良的光学性质， 可采用标准的刻蚀工艺加工，可用比较熟悉的化学方法进行表面改性， 加工成本较高，封接难度较大。常用的有机聚合物包括刚性的聚甲基丙 烯酸甲酯（PMMA），弹性的聚二甲基硅氧烷（PDMS）和聚碳酯（PC） 等，它们成本低，可用物理或化学方法进行表面改性，制作技术和玻璃 芯片有较大的区别。 （2）芯片分析系统，主要包括驱动源和信号检测装置。样品和试剂的充分 接触、反应或分离必须有外力的作用，这种外力一般为电场力、正压力、 负压力或微管虹吸原理产生的力。人们常采用高压电源产生电场力或泵 产生正、负压力作为驱动源。由芯片内产生的信号需要被检测，目前最 常用的检测手段是激光诱导荧光，此外还有电化学、质谱、紫外、化学 发光和传感器等。激光诱导荧光检测器主要由激光源、光学透镜组和以 光电倍增管或CCD为主的荧光信号接收器件组成。特点是检测灵敏度高， 被广泛采用；但现阶段其体积仍然偏大。驱动源和检测装置是芯片实验 室仪器的主要组成部分，其体积的大小直接决定了芯片分析仪的大小， 因此人们正努力追求将这两部分做到最小。