基于凝膠的液滴微流控分析與應(yīng)用

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1、東南大學(xué)碩士學(xué)位論文5．2材料與方法??????????????????????????????????355．3實驗結(jié)果??????????????????????????????????．375．4本章小結(jié)??????????????????????????????????38第六章總結(jié)與展望?????????????????????????????????．396．1總結(jié)????????????????????????????????????????????????396．2展望??????????????????????????????

2、??????????????????40致謝?????????????????????????????????????????????????????41參考文獻(xiàn)??????????????????????????????????????43攻讀碩士期間科研成果????????????????????????????????47VI第一章緒論1．1微流控的起源與定義微流控技術(shù)是指建立一個系統(tǒng)用于處理或操控微升甚至更小體積(10。9L～lOJ8L)的液體，系統(tǒng)中流道和構(gòu)件的尺寸量級僅為數(shù)十至數(shù)百微米【1】。在這樣小的體系內(nèi)進(jìn)行生化反應(yīng)或檢測，只需

3、非常少量的樣本和試劑便可以得出高分辨率、高靈敏性的結(jié)果，可以大大降低成本。同時，納升甚至皮升量級的流體容積也將顯著提高反應(yīng)與分析效率，從而縮短了檢測與反應(yīng)所需的時間。此外，由于微流控體系的體積微小，所以基于微流控技術(shù)所設(shè)計的實驗或檢測儀器也便于實現(xiàn)小型化。微流控芯片是微流控技術(shù)的物理實現(xiàn)手段，其利用微機(jī)電加工技術(shù)(MEMS)，在玻璃、硅或高分子聚合物等材料表面加工出微流道以及微泵、微閥、微傳感器與微效應(yīng)器等功能單元，把生物或化學(xué)實驗中所涉及的樣品制備、反應(yīng)、分離、檢測，細(xì)胞培養(yǎng)、分選、裂解等基本操作單元集成到一塊面積微小的芯片上，由微流道交織成

4、網(wǎng)絡(luò)，控制流體貫穿整個系統(tǒng)，用以實現(xiàn)常規(guī)生物或化學(xué)實驗室的各種功能【2]o微流控技術(shù)起源于90年代初“微全分析系統(tǒng)”概念的提出。當(dāng)時人們僅將微流控作為一種微量分析的方法。通過對氣相色譜法、高壓液相色譜法以及毛細(xì)管電泳等一系列研究，人們發(fā)現(xiàn)微流控芯片在化學(xué)分析領(lǐng)域存在巨大潛力。將微流控芯片與激光和光學(xué)檢測技術(shù)相結(jié)合，僅需非常微量的樣本就可以獲得高分辨率、高靈敏度的檢測結(jié)果?；谖⒘骺卦诨瘜W(xué)分析領(lǐng)域的成功，人們開始進(jìn)一步完善微流控芯片，同時開始尋求其在化學(xué)和生物化學(xué)領(lǐng)域的新應(yīng)用。90年代中期，為了應(yīng)對生化武器和恐怖主義帶來的威脅，美國國防部高級計劃

5、研究局(DARPA)資助了一系列用于探測生化武器的戰(zhàn)場部署微流控系統(tǒng)的研究。這些項目催生了微流控芯片的研究熱潮。與此同時，分子生物學(xué)的發(fā)展也促進(jìn)了微流控技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。隨著諸如高通量DNA測序技術(shù)等新技術(shù)的產(chǎn)生，原有的生物學(xué)檢測分析方法已不能滿足要求，人們需要一種更高通量、更高靈敏度和更高分辨率的生物學(xué)分析手段，而微流控技術(shù)有望解決這些問題。1995年Mamies剛】等人利用毛細(xì)管電泳芯片實現(xiàn)了高速DNA測序，隨后又將聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PcR)與毛細(xì)管電泳集成在一起，證明了在微流控芯片中進(jìn)行高速DINA分析的可行性。微流控技術(shù)逐漸成為分子生物學(xué)

6、研究的重要手段。此外，這一時期微電子和微機(jī)電(MEMS)技術(shù)的迅速發(fā)展對微流控技術(shù)的研究也具有顯著貢獻(xiàn)。早期的微流控芯片使用硅或玻璃作為材料，但出于成本考慮以及硅和玻璃本身材料性質(zhì)的原因，多分子高聚物逐漸取代了硅和玻璃，成為主流的微流控芯片材料。微流控選擇了有別于微電子的發(fā)展道路。2000年，whitesides與McDonald[5】等人發(fā)表在PDMs(聚二甲基硅氧烷)表面利用軟蝕刻的方法制作微流控芯片的文章。該方法不僅極大降低了芯片制作成本，而且顯著縮短了芯片的加工周期，使得研究人員可以更方便地使用微流控技術(shù)驗證新想法。從此微流控技術(shù)進(jìn)入迅

7、速發(fā)展時期。隨后，在2002年，基于PDMs軟蝕刻技術(shù)，Qual(e課題組設(shè)計出集成有成千上萬個氣動微泵微閥的大規(guī)模微流控芯片[6】。Quake閥利用PDMS芯片中液體流道在相鄰氣動流道氣壓升高而膨脹后受到擠壓截面積減小，從而導(dǎo)至流阻增大、流道近似關(guān)閉的原理實現(xiàn)微流道的通斷變化。0uake閥的產(chǎn)生，標(biāo)志著人們可以利用微流控芯片完成更復(fù)雜的工作，而微流控芯片也將超越“微全分析系統(tǒng)”的概念成1東南大學(xué)碩士學(xué)位論文為科學(xué)技術(shù)界一種極其重要的平臺。1．2液滴微流控技術(shù)研究現(xiàn)狀近十年來，微流控領(lǐng)域的研究十分繁榮，各種新技術(shù)與新應(yīng)用不斷涌現(xiàn)。液滴微流控作為

8、微流控的重要分支，為微流控技術(shù)的研究與發(fā)展打開了一扇新的大門。與傳統(tǒng)微流控使用連續(xù)流【7】不同，液滴微流控包含互不相容的兩相液體(通常為油相液體和水相