内容发布更新时间 : 2024/5/20 14:13:47星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

微流控芯片技术详解_微流控技术在生物医学上的应用

微流控芯片技术（Microfluidics）是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、

反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上， 自动完成分析全过程。由于它在生物、化学、医学等领域的巨大潜力，已经发展成为一个生物、化学、医学、流体、电子、材料、机械等学科交叉的崭新研究领域。

本文首先介绍了微流控技术原理及微流控芯片的工作原理，其次详细的阐述了微流控芯片技术，最后介绍了微流控技术在生物医学上的应用，具体的跟随小编一起来了解一下。 微流控技术原理微流控（microfluidics ）是一种精确控制和操控微尺度流体，以在微纳米尺度空间中对流体进行操控为主要特征的科学技术，具有将生物、化学等实验室的基本功能诸如样品制备、反应、分离和检测等缩微到一个几平方厘米芯片上的能力，其基本特征和最大优势是多种单元技术在整体可控的微小平台上灵活组合、规模集成。是一个涉及了工程学、物理学、化学、微加工和生物工程等领域的交叉学科。

微流控是系统的科学技术，它使用几十到几百微米尺度的管道，处理或操控很少量的（10*至10~18升，1立方毫米至1立方微米） 流体。最初的微流控技术被用于分析。微流控为分析提供了许多有用的功能： 使用非常少的样本和试剂做出高精度和高敏感度的分离和检测，费用低，分析时间短，分析设备的印记小。微流控既利用了它最明显的特征一一尺寸小，也利用了不太明显的微通道流体的特点，比如层流。它本质上提供了在空间和时间上集中控制分子的能力。

微流控芯片的工作原理微流控芯片采用类似半导体的微机电加工技术在芯片上构建微流路系统，将实验与分析过程转载到由彼此联系的路径和液相小室组成的芯片结构上，加载生物样品和反应液后，采用微机械泵。电水力泵和电渗流等方法驱动芯片中缓冲液的流动，形成微流路，于芯片上进行一种或连续多种的反应。激光诱导荧光、电化学和化学等多种检测系统以及与质谱等分析手段结合的很多检测手段已经被用在微流控芯片中，对样品进行快速、准确和高通量分析。微流控芯片的最大特点是在一个芯片上可以形成多功能集成

体系和数目众多的复合体系的微全分析系统？微型反应器是芯片实验室中常用的用于生物化学反应的结构，如毛细管电泳、聚合酶链反应、酶反应和DNA 杂交反应的微型反应器等。其中电压驱动的毛细管电泳（Capillary Electrophoresis，CE） 比较容易在微流控芯片上实现，因而成为其中发展最快的技术。它是在芯片上蚀刻毛细管通道，在电渗流的作用下样品液在通道中泳动，完成对样品的检测分析，如果在芯片上构建毛细管阵列，可在数分钟内完成对数百种样品的平行分析。

微流控芯片技术详解1、微流控芯片的基质材料

基质材料是微流控芯片的载体，在微流控芯片发展的初期，硅材料作为构建微流控芯片的首选材料而被广泛使用，这主要归因于业已成熟的半导体技术。但是随着研究的不断深入和应用领域的不断拓展，它表现出了不同程度的局限性：硅材料属于半导体，不能承受高电压，此外，硅材料不透明，与光学检测技术不兼容。

玻璃材料具有很好的电渗性质和优良的光学性质，无论是从其物理性质还是化学性质来讲，都非常适合于微流控芯片的制作，但是它的光刻和蚀刻技术工艺复杂、费时，制作成本过高，这些因素制约了玻璃微流控芯片的应用和推广。

因此，研究者们开始把更多的注意力转向了原材料便宜、加工制作简单的高分子聚合物，目前，以聚二甲基硅氧烷（PolydiMethyl-Siloxane，PDMS）为代表的有机高分子聚合物已成为微流控芯片研究的热点，PDMS表现出了非常理想的材料特性：良好的绝缘性，能承受高电压，已广泛应用于各种毛细管电泳微芯片的制作；热稳定性高，适合加工各种生化反应芯片；具有很高的生物兼容性和气体通透性，可以用于细胞培养；同时具有优良的光学特性，可应用于多种光学检测系统；弹性模量低，适合于制作微流体控制器件，如泵膜等。此外，PDMS还可以和硅、氮化硅、氧化硅、玻璃等许多材料形成很好的密封。此外，较常用的高分子聚合物还包括聚甲基丙烯酸甲酯（PolyMethylMethAcrylate，PMMA）、聚碳酸酯（PolyCarbonate，PC）等。

2、微流控芯片的加工技术

微细加工技术是微流控芯片发展的前提条件，微流控芯片的制作技术首先起源于制造半导体及集成电路芯片所广泛采用的光刻（Lithography）和蚀刻技术（Etching），目前已经广泛地用于硅片、玻璃和石英等基质材料上微流体网络的制作。其微制造工艺为：首先通过光学制板照相技术制备包括微流控芯片图案的掩模，制备好的掩模通常是镀有铬层的石英玻璃板；然后用甩胶机均匀地在芯片表面涂敷一层光刻胶，在紫外光下进行曝光，显影。上述工作完成之后，用相应的腐蚀剂对芯片进行蚀刻，蚀刻完成后，去除剩余的光刻胶便可获得所需的芯片微细结构。该方法工艺周期长、制作成本高，但其微加工技术非常成熟。 与硅片、玻璃材料不同的是，可用于微流控芯片加工制作的高分子聚合物种类繁多，而且各材料之间的物理化学性质差别很大，所以它们的微加工技术表现出了一定的多样性，目前主要有模塑法、热压法、LIGA技术、激光烧蚀技术和软光刻法等。 a、模塑法（InjecTIon Molding）

是指通过光刻掩模技术制得凸起的微流控芯片阳模，然后在阳模上浇注液态的高分子聚合物，当高分子聚合物完全固化后将其与阳模剥离即可得到具有微流体网络的基片，适宜采用模塑法的高分子材料应该具有很低的黏度和很低的固化温度，如PDMS，环氧树脂，聚四氟乙烯等材料。 b、热压法

也是一种需要阳模的微流控芯片制造技术，该技术主要利用了高分子聚合物的玻璃转化温度。与模塑法相比，热压法制得的微通道重复性较差，而且管道易产生变形，操作条件相对苛刻。该方法主要应用于热塑性材料的加工，如PMMA和PC等。 c、激光烧蚀（Laser AblaTIon）

是一种新型的微细加工技术，它是通过紫外激光降解高分子聚合物，适宜激光烧蚀加工的材料有PMMA、聚苯乙烯、硝化纤维等。

3、微流控芯片的微流体控制技术