四大微流控芯片的相關技術

　　1、微流體控制及驅動技術

　　微流控芯片中流體的操控尺度在微米量級，介于宏觀尺度和納米尺度之間，這種尺度下流體運動顯示出二重性。一方面，微米尺度仍然遠大于通常意義上分子的平均自由程，因此，對于其中的流體而言，連續介質定理成立，連續性方程可用，電滲和電泳淌度與尺寸無關。另一方面，相對于宏觀尺度，微米尺度上的慣性力影響誠小，黏性力影響增大，雷諾數變小（通常在106-101之間），層流特點明顯，傳質過程從以對流為主轉為以擴散為主，并且面體比增加，黏性力、表面張力及換熱等表面作用增強，邊緣效應增大，三維效應不可忽略。與此同時，微米尺度和納米尺度又有很多重要的區別。在納米尺度下，物體的尺寸和分子平均自由程相近，因此電泳淌度變得和橫截面尺寸有關，偶電層電荷重疊，電滲減少，進而影響到給予流體的動量。此外，空間的壓縮會改變大分子的形狀，大分子的淌度也將受到非平面流速矢量場的影響，最終導致對流體的控制相對困難回。

　　2、分離技術

　　分離是微流控芯片樣品分析的重要一步。芯片中分離毛細管槽負載了大部分外加電壓，其場強多在200一500V/cm之間，因此在設計時應盡量設法降低負載電壓［4。為了提高分離的效率，微流控芯片中使用了許多方法，如Kutter根據HPLC中梯度洗脫的方法，設計了兩個緩沖液池，內裝不同極性的緩沖液，以不同的體積比混合緩沖液，再以此混合液作樣品的支持電解質，實驗表明效果較好，分離時間小于1min［5］。

　　3、微液滴技術

　　微液滴操控包括微液滴生成和微液滴驅動，按生成方式可以將操控微液滴的方法分為兩大類。一類是被動法，即通過對微通道結構的特別設計使液流局部產生速度梯度來對微液滴進行操控，主要為多相流法問。該法的主要特點是可以快速批量生成微液滴;另一類是主動法，即通過電場力、熱能量等外力使液流局部產生能量梯度來對微液滴進行操控，主要包括電潤濕法口、介電電泳法［同、氣動法［？）和熱毛細管法0］。該法的主要特點是可以對單個微液滴的操控。與傳統連續流系統相比川，離散化微液滴系統有一系列潛在優勢，如消耗樣品和試劑量更少，混合速度更快，不易造成交叉污染，易于操控等。

　　4、檢測技術

　　分離物的高靈敏度檢測對于微流控芯片有著重要意義。目前，微流控芯片的檢測方法大體上可以分為3類：光學檢測、電化學檢測及質譜學檢測。

　　紫外吸收檢測法是-種常規光學檢測法，相應的檢測器已經趨于成熟，但由于芯片的通道小、靈敏度不高，因此該方法已經不能夠滿足對低濃度和極微量樣品分析的要求。激光誘導熒光檢測是所有熒光檢測中靈敏度最高的一種方法。多數情況下其檢測下限可達10*10-10~12molL，所以該方法得到了廣泛的應用。

　　電化學檢測有安培法、電導法和電位法3種基本模式，其中安培法是應用最普遍的一種方法。其基本原理是：測量化合物在電極表面受到氧化或還原反應時，會失去或得到電子，產生與分析物濃度成正比的電極電流，通過測量微通道中的電流即可得到溶液濃度的變化情況。電化學檢測的靈敏度可以與熒光檢測相媲美，同時，因為微電極可以加工到芯片。上，因此更適合于微芯片的檢測。質譜檢測14的原理是根據分子質荷比的不同而達到檢測的目的。其最大優點是能夠提供分子空間結構信息，因此在生物大分子（如蛋白質）的結構研究方面具有獨到之處。但因為質譜檢測系統本身比芯片還要大，所以也很難實現整個系統的微型化。單一的檢測方法將很難完成全部檢測任務，因此應對多種檢測方法的聯合使用及新的檢測方法進行研究。