场流分级与微流控分离.ppt

场流分级? （Field-Flow Fractionation, FFF） 血糖监测 Obstacle induced separation 血液分离分析 细胞捕获 细胞分类 细胞计数 细胞分析 细菌分析 血液流变性质 肝功项目 离子项目 血糖 淀粉酶 血脂项目 心肌酶谱 血常规 免疫项目 肾功 毒品 药物 …… 游离组分分析 血细胞对光学信号的干扰； 细胞裂解释放的过氧化物酶等对检测产生干扰； 其他复杂背景干扰等 * 分离血浆 进行检测 的必要性 细胞分析 * 微流控理论基础已经基本建立，如何实现真正的应用是微流控学发展的关键因素。 * 微流控芯片材料主要分为两大类。分别为。对应多种不同的加工方法。目前存在的主要问题是材料和加工成本仍然较高。 * 对血液的分析可以分为细胞有形组分分析和游离组分的分析。细胞分析主要有这些方面。游离组分分析大多数是基于血浆的分析，因为绝大部分代谢物质都存在于血浆中。之所以要分离血浆后检测是因为：血细胞会对光学信号产生干扰；细胞裂解释放的过氧化物酶等对反应检测产生干扰；其他复杂背景干扰等 * 现有的血液分离分析方法主要是由医院专业人员通过静脉采血、离心分离和上机分析过程实现。采样难度大 消耗量多、无法连续分离、采样分析间隔长、分析集中限制。难以满足连续监测情况的分析需要和实现个人化现场检测的新趋势。 现有的现场检测方法存在定量进样不准确导致的后续检测准确度不高的问题。 * 在临床治疗和药物开发过程中，迫切需要连续的血液分离分析技术。以心肺旁路感染检测为例，常规方法需要多次重复常规血液分析过程。 大大减少样品前处理过程所带来的误差与变异，减轻劳动强度; 每个实验动物即为完整样本，获得完整药-时曲线，大大节约实验动物，减轻动物福利组织压力及伦理学制约。 本章工作目的是解决在线实时采集连续血样的分离方法。为病情监测、炎症发生机理研究和药代动力学监测提供新的解决思路。 * 离心不连续，过滤持续时间短，电学方法和声表面波集成难度，流体动力学基于较窄的通道和结构容易造成细胞破碎和堵塞 * 不同转向角度的比较可以发现：三垂直结构可以使得分离变得更容易 * 场流分级? （Field-Flow Fractionation, FFF） 场流分级是一类分离技术的总称。自从1966年Giddings的文章发表以来，已经有近40年的历史。相对于色谱的历史来说，场流分级仍然是一种新技术。同色谱方法类似，场流分级也是一种洗脱技术，不同的是没有固定相，所以被称为“单相色谱”。它被广泛地应用于大分子和粒子的分析性分离。 基本原理 场流分级的种类很多，它们共同的特点是溶质分子在流动过程中由于受到与流动方向相垂直或成某种角度的外场作用改变原来的流动方式而造成组分的分离。 已经应用的外场有热场、离心力场、电场、交叉流场、磁场等。 液体不流动也没有外场时，柱内溶质分布均匀（A）。 液体在z方向没有流动，但x方向存在外场时（设x方向与场的方向相反），溶质被压向管壁的一边（B）。 一个力作用在溶质分子上，使它沿着x轴的方向产生一个平均迁移速度U。这个速度与场的强度成正比，和由于运动所产生的摩擦力成反比。 场流分级的优点 连续流动分离方法，洗脱的组分容易收集，能和后续分析步骤相连。 理论上是清楚的，物理化学性质与洗脱特性的关系能精确地相关联。 实验设备具有“弹性”，即可以进行多种改变，即设计各种场、各种不同的管道尺寸、表面几何形状等。 保留值由外场控制，对于不同的分离，不需要改变流动通道，只需要改变外场类型和强度。 能迅速产生和获得各种信息。 单相特性意味着对于复杂组分的迁移和洗脱数据的结实有最少的相界面的影响。 没有突发性外力作用和相界面，因此不破坏样品包括活的细胞、粒子聚集体等等的性质。 场流分级与色谱的比较 从过程上讲，与色谱很相似。样品从分离管道的一端注入，另一端检测收集。但不属于真正的色谱，因为只有一个相。二者在应用方面具有互补性。色谱法主要用于分子量较小的物质的分离，场流分级主要用于分子量较大的物质的分离。场流分级目前尚无商品仪器。 应用实例： 聚苯乙烯材料的分离 * 微纳流控系统与应用 微流控芯片材料与加工方法 硅、玻璃以及石英等材质： 光刻 蚀刻 拉制 聚合物材质： 模塑法 注塑法 LIGA技术 激光烧蚀法 软光刻法 打印法 * 多相层流无膜扩散分离 液-液萃取分离 渗析分离 过滤分离 固相萃取分离富集 电泳分离富集技术 其它分离富集方法 层流萃取芯片的构型 微流控液液萃取芯片通道的构型通常与多层流无膜扩散分离系统基本相同，采用Y型或X型两层层流或三层Ψ层流体系。但芯片材料必须能够耐有机溶剂，通常使用玻璃或石英的芯片材料。 膜滤芯片的构型 微流