微流控芯片技术:进样器、芯片及检测系统 - 汶颢股份
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微流控芯片技术:进样器、芯片及检测系统

一、什么是微流控芯片

微流控芯片技术(Microfluidics)是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上, 自动完成分析全过程。

二、微流控芯片特点?

微流控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。 特别的,意味着以下的特性:

微小的容量(纳升,皮升,飞升级别)

微小的体积

低能量消耗

装置本身占用体积小

微流控利用对于微尺度下流体的控制,是一个包括了工程学,物理学,化学,微加工和生物工程的多交叉学科。

微流控在20世纪80年代兴起,并在DNA芯片,芯片实验室,微进样技术,微热力学技术得到了发展。

微流控研究的空间特征尺度范围在1微米(10-6米)至1毫米(10-3米)。

三、微流控芯片的应用范围

微流控芯片应用领域

生物医学领域:可以使珍贵的生物样品和试剂消耗降低到微升甚至纳升级,而且分析速度成倍提高,成本成倍下降。

化学领域:它可以使以前需要在一个大实验室花大量样品、试剂和很多时间才能完成的分析和合成,将在一块小的芯片上花很少量样品和试剂以很短的时间同时完成大量实验

分析化学领域:它可以使以前大的分析仪器变成平方厘米尺寸规模的分析仪,将大大节约资源和能源。

分析化学领域:它可以使以前大的分析仪器变成平方厘米尺寸规模的分析仪,将大大节约资源和能源。

微流控芯片系统涉及领域极其广泛,包括疾病检测、生化分析、蛋白质检测、药物筛选、毒品检测、商品检验、环境监测、刑事科学、军事科学及航天科学等,覆盖人们生活的方方面面。

四、如何组成一套微芯片系统

如何组成一套微芯片系统

流体进样器:

注射:工作时,单片机系统发出控制脉冲使步进电机旋转,而步进电机带动丝杆将旋转运动变成直线运动,推动注射器的活塞进行注射输液,实现高精度,平稳无脉动的液体传输。

恒压泵:恒流泵精准、耐用、输送流量稳定,连续可调有较高的压力和扬程,而且输送物质不与外界接触,防止污染,各种流量加液抽液。有微量输送,也可作小型罐装用。

电泳:带电颗粒在电场作用下,向着与其电性相反的电极移动,称为电泳(electrophoresis, EP)。利用带电粒子在电场中移动速度不同而达到分离的技术称为电泳技术。

磁分选:处于磁场中的磁性物质或电流,会因为磁场的作用而感受到磁力,从而与其他不带磁性的物质进行分离。

热传导:热量从系统的一部分传到另一部分或由一个系统传到另一个系统的现象叫传热。

芯片毛细管电泳常用进样模式结构

重力驱动:利用液体自重完成进样。

重力驱动:利用液体自重完成进样。

离心力驱动(离心式微流控芯片进样仪)

离心力驱动

五、微芯片

制备和反应:将常规的混合,加热等步骤,在芯片上通过液体的流路控制来实现!

微芯片的应用

培养:将常规的微生物、细胞、组织培养进行微型化,通过结构设计,把微通道变成培养皿,同时进行温度、湿度、气体浓度控制,实现生物培养功能

微流控细胞培养芯片

分离:对通道内进行修饰或者外加驱动力,根据停留时间不同实现不同物质的分离,达到常规色谱或者电泳的分离效果。

微流控细胞分离芯片

六、分析检测系统

 

光谱检测器:光谱仪( Spectroscope)是将成分复杂的光分解为光谱线的科学仪器,由棱镜或衍射光栅等构成,利用光谱仪可测量物体表面反射的光线。阳光中的七色光是肉眼能分的部分(可见光),但若通过光谱仪将阳光分解,按波长排列,可见光只占光谱中很小的范围,其余都是肉眼无法分辨的光谱,如红外线、微波、紫外线、X射线等等。通过光谱仪对光信息的抓取、以照相底片显影,或电脑化自动显示数值仪器显示和分析,从而测知物品中含有何种元素。

 

电化学检测器:以测量某一化学体系或试样的电响应为基础建立起来的一类分析方法。它把测定的对象构成一个化学电池的组成部分,通过测量电池的某些物理量,如电位、电流、电导或电量等,求得物质的含量或测定某些电化学性质。

微流控芯片分析检测系统