微流控芯片技术及其应用.ppt

微流控芯片技术及其应用Micofluidicchipanditsapplications微流控芯片(Micofluidicchip)又称芯片实验室，是利用微加工技术在芯片上制做微阀、微通道、微反应器、微传感器、微检测器等功能单元而构成的微型化学系统。在该系统中可完成样品的前处理、化学反应、分离、检测等功能。[1-2]体现“微型化、集成化及自动化”思想。组成承载不同功能的微流控芯片支撑芯片流体控制的信号采集、控制和检测装置完成芯片功能的试剂盒（试剂盒内包含实现芯片功能化的方法和材料）[7]微流控理论微流控技术对流体的操作和分析是在微米级结构内进行的。在小尺寸内，流体的惯性效应可以忽略，黏度开始显现并扮演着非常重要的角色，随机、无序的流体在较小的设备中变成了更为平滑的流体（层流），此时的流体可以定义为一种在切应力的作用下发生持续变形的材料。层流是微流体决定性的特征。微流控理论微流控体系含有三种类型的质量传输过程：对流、扩散和迁移，通常三种质量的传输过程同时存在。设计质量传输过程可控的微流控体系是非常重要的。对流可由不同作用力产生，如毛细管效应、热差、重力、机械泵、加压气囊。迁移是分子在电场中体系质量的传输。扩散是流体中的一种分子存在浓度差而产生的。流体驱动方法：压力驱动和电渗驱动。优点缺点压力驱动相对经济可再生1、在微流控设备的基材上设计和制备机械泵比较困难2、拓展相同物质分布电渗驱动速度分布均匀对吸附在通道壁的杂质比较敏感，影响测量结果压力驱动电渗驱动微型阀：被动阀和主动阀。被动阀利用装置一侧的压力阻止液体流过装置，而另一侧的压力使隔膜打开，允许流体流过装置；主动阀需要一个加速器产生制动力来实现微阀的开关和切换。被动单向阀（上图为关闭状态，在右侧施加压力，使隔膜处于平伏；下图为打开状态，在左侧施加压力使隔膜处于抬起）1、仪器小型化，多种单元技术在微小可控平台上的灵活组合，规模集成，使用方便；2、试剂用量少、分析速度快、工作效率高、自动化程度高；3、分析费用大大降低,从而为分析测试技术普及到户外、家庭开辟了一条新路。功能样品制备与富集样品注入与控制样品混和与反应样品分离信号检测微流控芯片常与微时代的其他代名词如蛋白质组学、基因组学、组合化学、药物开发、超高通量印迹、大量平行合成、甚至生物资讯等密切地联系在一起。已应用于多种生化分析，如生物医学领域的DNA测序、基因分析、蛋白质分析及药物学领域里新药的发现和组合化学。[5,6]。细胞分选：微流控芯片用于细胞的分类计数，具有很好的重现性，并且可以检测到直径小到0.6μm的细胞。现在一些学者正在研究基于阻抗、荧光、和激光等对芯片进行检测，例如：光学动力可用于迅速灵活地控制细胞在微流控芯片上的路径；不同导电性细胞流过计数器，引起电阻抗的变化。利用阻抗建立了红细胞的计数方法。目前已成功利用完全的光学开关，即时筛选和评价了一个荧光活性的微流控细胞；组合合成-药物筛分组合合成是在很小的区域内短时间构建大量化合物简而有力的一种途径。例如，通过32次反复的寡核苷酸的合成，可以在大约一天的时间内合成所有65536个包含8个单元的寡糖。这些化合物每一个都被很好地定域在微阵列或生物芯片的一个区域。同样，组合途径可用于缩氨酸的合成，创建一个任意长度的缩氨酸的分类。将组合产品的有限列阵与微试样和微分离技术相结合很有可能产生自动的有机合成器，该合成器对新药的开发是非常有利的。组合合成-药物筛分目前在制药和生物技术领域，用于治疗老人痴呆症，肺结核和炎症紊乱的先导化合物还处在流水线上，而用于治疗痛疼、癌症、癌细胞的多向性抗药、艾滋病、狼疮和哮喘的组合药物已处在临床试验阶段。药物筛分中国科学院大连物理研究所[3]自制了用于高内涵筛选的微流控芯片，将细胞培养、药物浓度梯度生成、细胞受激和细胞响应等过程完全集成在一块几平方厘米的芯片上，一次运行可同时产生64种药物作用细胞条件，并可获得192个细胞响应结果。药物筛选利用该芯片同时分析了药物作用后细胞线粒体膜电势变化、细胞核变化、细胞膜变化以及细胞内氧化-还原状态变化。结果显示：不同药物诱导细胞凋亡呈现不同剂量效应。该项工作体现了微流控芯片的多种单元技术灵活组合和规模集成的特点，与传统的多孔板技术相比，省去了配制和分配多种药物不同浓度溶液的繁冗操作，大大简化了细胞接种、受激、