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微流控芯片控制与驱动

微流控芯片最初只是作为纳米技术革命的一个补充,在经历了大肆宣传及冷落的不同时期后,最终却实现了商业化生产。微流控芯片最初在美国被称为“芯片实验室”,在欧洲被称为“微整合分析芯片”,随着材料科学、微纳米加工技术和微电子学所取得的突破性进展,微流控芯片也得到了迅速发展。

微流控芯片

对于微流控芯片的控制与驱动,我们很困惑,是怎样进行的?

1、微流控芯片是通过微细加工技术将微管道,微泵,微阀,微储液器,微电级,微检测原件和连接器等功能元件像集成电路一样,使它们集成在芯片材料(基片)上的微全分析系统。面积一般约为几平方厘米。微流体的可控性是微流控芯片区别与点阵式芯片的基本质特征,也是其被称为“主动式”芯片的原因。

2、微流体控制是微流控芯片实验室的操作核心,涉及的进样,混合,反应,分离等过程无一不是在可控流体的运动中完成,阀则是流体控制的核心部分。基本的微流控技术有驱动(微泵)控制,微阀控制,芯片微通道构型控制,通道表面性质控制等,微流体的控制与驱动以电渗控制和微阀操作控制技术为主,微系统的层流效应与分子扩散效应也起着十分重要的作用。

3、电渗控制是指电场作用下,微通道中液体沿通道内壁作定向移动的现象、影响电渗流的因素包括通道表面的组成一缓冲液性质,外加电场强度,温度等,通过对这些影响因素的调节,改变通道内壁表面的电荷性质和密度,调节微通道网络中不同节点的电压值,就可控制电渗流即微流体的迁移速度和运行方向,完成较为复杂的混合,反应和分离等操作。

4、有报道利用聚合高分子电解质涂层,进行聚苯乙烯和丙烯酸为基质的微芯片通道内表面的涂层改性,从而控制微系统中液体的流动方向,甚至可以在一个通道内实现两个流向相反的液流的同时操作。

5、凡是能控制微通道闭合和开启状态的部件,并具有低泄露,低功耗,响应快,线性操作等性能,均能作为微流控芯片的微阀。

6、微反应器是一种单元反应界面为微米级的微型化学反应系统,随着微反应系统,随着微反应器线性尺度的减少,对化学反应非常重要的浓度,压力,密度,温度等梯度很快得到增加,从而使混合和反应时间缩小到毫秒级以下。

7、生物样品分析如DNA杂交,酶反应,蛋白质折叠等涉及到样品的快速均匀混合,反应物的混合程度直接影响着反应的速度和产物的的率;微通道中通道较短,体积较小,反应时间很短,反应相对难以完成,所以快速均匀混合显得尤其重要,因此微混合器也就成为微流控集成设计的重要组成部分。

    由于微流控芯片在生物、化学、医学等领域的巨大潜力,已经发展成为一个生物、化学、医学、流体、电子、材料、机械等学科交叉的崭新研究领域。微流控是朝阳行业,目前,微流控芯片系统正处于当前发展的前沿,未来发展不可估量。



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