微流控芯片技術(shù)及其應(yīng)用

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1、微流控芯片技術(shù)及其在生命科學(xué)中的應(yīng)用摘要：微流控芯片最初起源于分析化學(xué)領(lǐng)域，是一種采用精細(xì)加工技術(shù)，在數(shù)平方厘米的基片，制作出微通道網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其它功能單元，以實現(xiàn)集微量樣品制備、進(jìn)樣、反應(yīng)、分離及檢測于一體的快速、高效、低耗的微型分析實驗裝置。隨著微電子及微機械制作技術(shù)的不斷進(jìn)步，近年來微流控芯片技術(shù)發(fā)展迅猛，并開始在化學(xué)、生命科學(xué)及醫(yī)學(xué)器件等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。本文首先簡單介紹了微流控芯片的相關(guān)技術(shù)，然后主要闡述了其在蛋白質(zhì)研究、細(xì)胞研究、DNA分析和測序、仿生研究等方面的應(yīng)用。關(guān)鍵字：微流控芯片，生命科學(xué)，應(yīng)用Abstract:Microfluidicchiptechnologyor

2、iginatedfromanalyticalchemistry,adoptsmicrofabricationtechnologiestomakemicrochannelsonachipaboutseveralsquarecentimeters.Thetechnologycanintegratethesample’sinjection,separationanddetectionintoasinglechip.Theadvantageofmicrofluidicsisrapid,highefficiencyandlowconsumption.Withtheprogressofmicroe

3、lectronicsandothermicrofabricationtechniques,thetechnologyofmicrofluidicchipdevelopedrapidlyrecentyears,andbegantoplaymoreandmoreimportantrolesinchemistry,biologyandmedicalinstruments.Thisarticalintroducedtherelatedtechnologiesofmicrofluidicchip,andthenmainlyexpoundeditsapplicationsinproteinrese

4、arch,cellresearch,DNAanalysisanddetection,andbionicresearch.Keywords:microfluidicchip;lifescience;application前言微流控芯片是一種以在微米尺度空間對流體進(jìn)行操控為主要特征的科學(xué)技術(shù)，具有將生物、化學(xué)等實驗室的基本功能微縮到一個幾平方厘米芯片上的能力，因此又被成為芯片實驗室。在現(xiàn)階段，主流形式的微流控芯片多由微通道形成網(wǎng)絡(luò)，以可控流體貫穿整個系統(tǒng)，用以實現(xiàn)常規(guī)化學(xué)或生物等實驗室的各種功能。微流控芯片的基本特征和最大優(yōu)勢是多種單元技術(shù)在衛(wèi)校可控平臺上靈活組合和規(guī)模集成[1]。根據(jù)研究

5、領(lǐng)域的不同，微流控芯片實驗室可簡單劃分為微流控芯片化學(xué)實驗室、微流控芯片生物實驗室、微流控芯片光學(xué)實驗室以及微流控芯片信息實驗室等，其中，最早形成的是微流控芯片化學(xué)實驗室中的微流控芯片分析化學(xué)實驗室。分析化學(xué)是微流控芯片最早最直接的應(yīng)用領(lǐng)域之一，微流控芯片分析化學(xué)實驗室的構(gòu)建和完善是21世紀(jì)前20年分析化學(xué)發(fā)展的一個主流趨勢[2]。1微流控芯片相關(guān)技術(shù)1.1微流體控制及驅(qū)動技術(shù)微流控芯片中流體的操控尺度在微米量級，介于宏觀尺度和納米尺度之間，這種尺度下流體運動顯示出二重性。一方面，微米尺度仍然遠(yuǎn)大于通常意義上分子的平均自由程，因此，對于其中的流體而言，連續(xù)介質(zhì)定理成立，連續(xù)性方程可用，

6、電滲和電泳淌度與尺寸無關(guān)。另一方面，相對于宏觀尺度，微米尺度上的慣性力影響減小，黏性力影響增大，雷諾數(shù)變小(通常在10-6-101之間)，層流特點明顯，傳質(zhì)過程從以對流為主轉(zhuǎn)為以擴散為主，并且面體比增加，黏性力、表面張力及換熱等表面作用增強，邊緣效應(yīng)增大，三維效應(yīng)不可忽略。與此同時，微米尺度和納米尺度又有很多重要的區(qū)別。在納米尺度下，物體的尺寸和分子平均自由程相近，因此電泳淌度變得和橫截面尺寸有關(guān)，偶電層電荷重疊，電滲減少，進(jìn)而影響到給予流體的動量。此外，空間的壓縮會改變大分子的形狀，大分子的淌度也將受到非平面流速矢量場的影響，最終導(dǎo)致對流體的控制相對困難[3]。1.2分離技術(shù)分離是微

7、流控芯片樣品分析的重要一步。芯片中分離毛細(xì)管槽負(fù)載了大部分外加電壓，其場強多在200—500V/cm之間，因此在設(shè)計時應(yīng)盡量設(shè)法降低負(fù)載電壓[4]。為了提高分離的效率，微流控芯片中使用了許多方法，如Kutter根據(jù)HPLC中梯度洗脫的方法，設(shè)計了兩個緩沖液池，內(nèi)裝不同極性的緩沖液，以不同的體積比混合緩沖液，再以此混合液作樣品的支持電解質(zhì)，實驗表明效果較好，分離時間小于1min[5]。1.3微液滴技術(shù)微液滴操控包括微液滴生成和微液滴驅(qū)動，按生成方