第五章生物芯片与微流控技术VIP免费

第五章 生物芯片与微流控技术 第四节 微流控技术 4.1 微流控技术及微流控芯片 微流控（microfluidics）是一种精确控制和操控微尺度流体，尤其特指亚微米结构的技术。在20世纪80年代兴起，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[1]。微流控研究的空间特征尺度在微米量级，介于宏观尺度和纳米尺度之间，流体运动显示出二重性：一方面，微米尺度仍然远大于通常意义上分子的平均自由程，因此，对于其中的流体而言，连续介质定理成立，连续性方程可用，电渗和电泳淌度与尺寸无关；另一方面，相对于宏观尺度，微米尺度上的惯性力影响减小，粘性力影响增大， 雷诺数变小，层流特点明显，传质过程从以对流为主转为以扩散为主，并且面体比增加，粘性力、表面张力及换热等表面作用增强，边缘 效 应 增大，三维 效 应 不 可忽 略 。 微流控芯片（microfluidic chips，又 称 芯片实 验 室 ）是微流控技术实 现 的主要 平台 和技术装 置 , 其主要 特征是容 纳流体的有 效 结构（通道 、反 应 室 和其他 某 些 功 能 部 件 ）至 少 在一个维 度上为微米级尺度。微流控芯片具 有 液 体流动可控、消 耗 试 样 和试 剂 极 少 、分析 速 度高 等特点，可在几 分钟 甚 至更 短 的时 间内 进 行 上百 个样 品 的分析 ，并且可在线 实 现 样 品 的预 处 理及分析 全 过程。芯片实 验 室 的代表性技术就 是针 对极 小量（10-9~10-18 L）的流体进 行 操控的微流控技术。芯片实 验 室 也 包 括 了非流动的静 态 微型 实 验 系 统 ，通常为微阵 列 芯片（micro-arrays），如 基 因芯片、蛋 白 质芯片等生物芯片。这 类 芯片可以认 为是微流控芯片的特殊 类 型 ，其特点是流体的流量通常未 被 控制，一般 通过检测 点阵 上的不 同 反 应 来 进 行 分析 。 作为一种新 兴的科学技术，微流控受 到 许 多 从事 物理科学、生命 科学以及工程科学的研究者 的广 泛 关注 。科研市 场 和医 疗 的需 求 ，加上微纳米加工技术的日 益 成熟 ，催 生了微流控芯片技术并加速 了它 的发 展 。如 在医 疗 健 康 、检 验 检 疫 、环 境 监 测 、劳 动保 护 、司 法 鉴 定等领域，以及微量分子分析 、分离 分析 技术的微型 化以及分子生物学研究领域的大通量和低 消...