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微流控技术,引领科技新方向

微流控技术是指至少有一维为微米甚至纳米尺度的低微通道结构中控制体积为皮升至纳米的流体进行流动并传质、热感的技术,可广泛应用于生化分析、免疫分析、微创外科手术、环境监测等众多领域。

微流控技术的核心内容包括以下几方面。

(1)、微通道结构的设计与制造

当通道的特征尺寸在微米甚至纳米量级时,通道表面积与其内部空间的体积之比很大,通道的结构、形状和壁面性质都将对其中的流体流动状态产生极大的影响。如何设计并制造出结构合理、尺寸精确、壁面性质可控的微通道,是控制微流体的前提。

2)、微纳尺度流体的驱动和控制

微纳尺度下的流体与宏观流体相比,其流动状态和传输特性有很大不同,表现出明显的尺寸效应。随着通道特征尺寸的缩小,流体的体积减少,重力往往可以忽略不计;但此时流体的表面积增加,宏观下通常可以忽略的表面张力占据主导地位,通道中液-固、液-液及液-气界面的形态、尺寸和位置成为影响流体流动状态的主要因素之一。微纳米流动的雷诺数极低,其值通常远小于100,属于典型的层流,流体黏度的影响远大于惯性的影响,流动阻力大,流体各部分混合困难。而另一方面,微纳流体流动的伯克利数较大,流体中分子、原子或其他微观粒子的随机扩散过程将不可忽略。这些特点都使得微纳流体的驱动和控制较为困难。

(3)、微流控制器及系统的集成与封装

   微流控器件是目前微机电系统领域中主要的分支之一。随着制造和集成技术的不断提高,微流控器件也日益向型化、多功能化方向发展,其中往往集成有多种微电子或微机械器件,形成具有完整功能的片上系统。然而,由于微流体器件涉及的材料种类多、制备工艺与传统的微电子制造工艺不兼容、微流体的密封与绝缘难度较大等原因,目前微流体器件发展中最大、最困难的问题就是与IC电路及器件的集成与封装。

微流控技术

     微流控是一项融合了微电子学,材料科学、生物科学、制药以及临床医学等众多领域的综合性技术。专家普遍认为,以微流控微代表的生物芯片技术开始进入产业化的关键时期,已成为全球生物技术和医疗产品多样化创新的重要方向,或将迎来生物医疗领域的产业大变革。



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