微流控制芯片应用与制造技术研究进展分析研究 计算机专业VIP免费

微流控制芯片应用与制造技术研究进展摘要：微流控芯片是一种交互集成的微全分析系统，主要对微泵、微检测元件等元器件用微管道进行连接，实现分析实验集成在微米级的空间内，把采样、稀释、反应分离和检测等在微系统的环境下进行分析和执行，最大限度地把分析实验室的功能转移到便携的分析设备中，甚至集成到方寸大小的芯片上，本文首先探讨了微流控制芯片研究现状，然后研究微流控制芯片在生物领域和水污染领域的应用，最后从3D打印和微注射模两个方面分析微流控制芯片应用与制造技术研究。关键词：微流控制芯片；制造技术；研究进展1引言微流控芯片是一种全新的分析测试系统，目前己经被广泛的应用到生物、化学和医学等多种领域，为研究人员提供了非常便利的研究环境。虽然微流控芯片的结构为微米级，但是它能实现样品的处理、检测和输出等整个过程尺寸小、利于携带，使其真正实现了实验室家庭化。由于它的这些特性，又被称为芯片实验室或微全分析系统。微流控芯片分析系统实现了小型化分析系统在实验室的成功应用。小型化分析系统的优点是能有效的节约研究时间和成本，同时增加实验的可靠性。本文主要微流控制芯片应用以及制造技术研究进展。2微流控制芯片研究现状2.1第一阶段研究早在1975年科学家就提出了第一个以单晶硅为材料制作的小型化的气相色谱分析器。这个装置结构较为简单，包括一个喷射阀和一个分离柱，可以在不到几秒钟的时间内就分离出一些简单的混合物。尽管这个装置表现出不凡的能力，但是当时并没有引起科学界对这个技术产生多大的关注。直到1990年Manz和人等人制造出了一款基于硅片的小型化的液相色谱分析器并且第一次提出了微型全分析系统这一概念，微流控芯片技术得到了飞速的发展，并引起科学界的广泛关注，并被Forbes杂志评为人类未来15件最重要的发明之一。2.2第二阶段研究微流控芯片技术发源于MEMS技术，所以早期制作微流控芯片的材料大部分是晶体硅和玻璃。玻璃材料由于其优异的化学惰性、透光性以及热稳定性，非常适合用于做检测实验。玻璃材料的加工方法基本是采用光刻以及蚀刻技术在玻璃上产生凹陷的微通道网络。晶体硅的微制造技术源于电子行业，由于电子行业加工技术较为成熟，所以在晶体硅上可以容易地实现多种功能的集成。晶体硅具有良好的散热性、高强度、耐腐蚀等特点，并且加工技术成熟应用也较为广泛。2.3第三阶段研究高分子聚合物材料相对于玻璃和晶体硅材料具有成本低、易于加工和批量生产等特点。在高分子聚合物材料中PDMS是制作微流控芯片应用最为广泛的材料。热压法技术是早期应用比较广泛的一种方法，基本原理是将聚合物基片与模具对准加热并施加一定压力来得到微观结构。模塑法是目前高分子聚合物芯片应用最为广泛的一种方法，主要是通过光刻胶等方法得到模具然后在模具上固化液态高聚物来获得微结构芯片。注塑法主要是通过将原料放置于注塑机中，加热变成流体后压入模具中，冷却脱模后得到芯片。LIGA技术是通过X射线深刻以及电铸制造精密模具，再大量复制微观结构，由X射线深层光刻、微电铸和微复制三个环节组成。激光烧蚀法是一种非接触式的加工技术，利用掩膜或者直接根据计算机的设计数据和图形，通过两轴精密控制激光的位置，在高聚物上烧蚀出所需的微通道。软光刻法用弹性模代替了光刻中使用的硬模来产生微结构，相对于传统光刻技术，这种方法更加灵活，可以制造复杂的三维结构且可以在不规则曲面上应用。因此本文主要探究的是第三阶段中的基于高分子聚合物材料的微流控制芯片应用与制造技术研究。3微流控制芯片应用3.1在细胞生物学的应用随着微流控芯片的不断发展，微流控分析芯片技术正不断地向细胞组学的研究领域进行渗透。微流控芯片在细胞生物学中的应用主要包括细胞的培养、细胞的分离与操纵，细胞组分分析以及细胞全分析系统。例如在在细胞培养方面。传统体外细胞培养中的细胞仅发挥了增殖作用，造成此情况的原因为体外细胞丧失了神经体液的调节，失去了细胞间的相互影响，同时其处于相对静止的环境，难以呈现体内生存的真实情况。为了有效解决上述细胞培养存在的不足，采用了微流控芯片技术其优点为细胞微环境各要素得...