微流控芯片PPT课件

将各种基本操作设备(如微流控芯片、微流控芯片实验室、细胞培养、分类、分解、样品制备、反应、分离、检测)集成到几平方厘米的单个芯片上；用微通道形成网络，使可控流体穿透整个系统。取代常规生物或化学实验室的各种功能。Microfluidic chip laboratory的基本特性和最大优点是各种单元技术在较小的平台上灵活组合和规模集成。微流体芯片实验室(lab-on-a-chip)，也称为微整体分析系统( tas)或微流体芯片(microfluidicchips)，是20世纪90年代初实施的芯片毛细管电泳，是21世纪最重要的先进技术之一样品的数量极小，分析速度快，获得的信息量可能比传统实验室多几个阶段。它不仅可以用于分析、生化反应，还可以用于细胞培养，广泛应用于临床诊断、药物筛选和生命科学的其他领域。微流体分析芯片实验室结构特性，芯片实验室可分为注入系统、样品过滤和提取机器、流体系统、阀门系统、电泳和检测系统三大部分，功能性微流体芯片、芯片微流体运行控制单元和信号采集控制和检测装置。分辨率增强-渐变洗脱技术，1.0% mcwithoutsetbr，0.3% mcwithtetbr，detection，buffer，sample，微流体芯片生产，加工技术来自微电子产业微机电加工技术，即集成电路芯片制造的光刻技术和刻蚀技术，微管道宽度和深度大于集成电路芯片，处理精度要求相对较低。衬底材料必须具有能产生电泄漏的良好电绝缘、散热、光学特性和可修改性，可以固定生物大分子，对检测信号干扰较小或不干扰。与芯片实验室工作介质的化学及生物相容性好，才没有反应。衬底材料由硅晶片开发为玻璃、石英、有机聚合物等。微米大小的结构必须严格控制环境，包括准备过程中空气湿度、空气温度、空气和准备过程中使用的各种介质的颗粒密度，并且必须在洁净室中进行。微流控芯片的基本加工、光刻和蚀刻技术、光电胶、口罩和紫外线微制造、薄膜沉积、光刻和蚀刻等三个工艺。在光刻之前，先在基板表面复盖薄膜层，薄膜的厚度在et到数十微米，这称为薄膜沉积。然后将光亮剂均匀地复盖在薄膜表面，将微流控芯片设计模式通过曝光成像原理传输到光胶层的过程称为光刻。照片光刻的质量取决于光刻胶(正负)和照片光刻掩模的质量。遮罩的基本功能是当基板暴露在紫外线等光束下时，在图形区域和非图形区域中产生不同的光吸收和透射力。，微流控芯片准备，热压法：将聚合物托架调整到与模具相对应的位置，然后移动到加热设备，温度上升将聚合物玻璃化，在其间施加压力冷却、冷却、脱压、脱脱、脱模操作，微通道结构呈现给载体，接着盖子和托架的密封，蚀刻在光刻基板上您可以使用对光粘合剂、薄膜和基板材料具有不同腐蚀速度的适当蚀刻剂，生成薄膜或基板所需的微结构。复杂的微结构可以多次重复薄膜沉积-光刻-刻蚀三个过程。微流控基板经过预处理、涂胶、前烘焙、曝光、显影和膜、粘合剂移除等阶段，将所需的图形(即通道网络)呈现给材料。罩和微流体芯片基板密封、基板和罩密封形成封闭的小池，可用于存储试剂或安装电极。试剂必须通过芯片上的小孔进入通道网络，因此，微加工技术制造的具有不同结构和功能单元的微流体芯片基板必须在与盖子密封之前在微通道末端打孔，组装成微流体成品，才能使用。孔可以钻在基板或盖子上。玻璃芯片的打孔方法包括钻石打孔方法、超声波打孔方法、激光打孔方法。穿孔后必须清除芯片制作和穿孔过程中残留的小颗粒、有机物、金属化合物等，包括化学清洗，提高芯片表面的平整度，确保密封顺利进行。微流体控制和驱动，微流体芯片是微整体分析系统，通过微加工技术将微管道、微泵、微阀、微液滴、微电极、微检测元件和连接器等功能元素集成到芯片材料(基板)中，就像集成电路一样。面积一般是几平方厘米左右。微流体的可控性是微流体芯片的区别和点阵芯片最本质的特性，也是将其称为“主动”芯片的原因。微流体控制是微流体芯片实验室的工作核心，相关的注入、混合、反应、分离等所有过程不是在可控流体的运动中进行的，而是阀门是流体控制的核心部分。基本微流体技术以驱动(微泵)控制、微阀控制、芯片微通道配置控制、通道表面特性控制等、微流体控制和驱动为主要内容，微系统的层流效果和分子扩散效果也起着非常重要的作用。电渗控制是指电场作用下微通道中的液体沿通道内壁方向移动的现象。影响电泄漏的因素包括通道表面的构成、缓冲液特性、外部场强、温度等，可以调整这些影响因素，以更改通道内壁表面的电荷特性和密度，调整微通道网络中其他节点的电压值，以控制电泄漏，即微流体的移动速度和运行方向，并进行更复杂的混合、反应和分离操作。贝克等报道称，利用聚电解质涂层，聚苯乙烯和丙烯酸为基底的微芯片通道内部表面的涂层变形，控制微系统中流动的方向，一个通道内向相反方向流动的两个流动可能同时工作。所有控制微通道闭合和开放状态的组件都可以用作微流体芯片的微型阀门，低泄漏、低功耗、快速响应、线性操作和其他性能。微反应器是单位反应界面为微米级的微型化学反应系统，随着微反应器线性尺度的减小，化学反应中非常重要的浓度、压力、密度、温度等梯度迅速增加，将混合和反应时间减少到毫秒级以下。生物样品分析，如DNA杂交、酶反应、蛋白质折叠等，都伴随着样品的快速均匀混合，反应物的混合度直接影响反应的速度和产物的产率。在微通道中，通道短、体积小、反应时间短、反应比较难完成，因此快速均匀的混合尤为重要，微混合器也成为微流体集成设计的重要组成部分。注入和样品预处理，微流控芯片分析系统体积小，内部工作是从皮皮到我的体积升级。外部分析对象或样品存储系统通常是微升，毫升以上的体积。这种微系统和宏系统的嫁接决定了微流控芯片系统样品引入的特殊性。液体样品注入方法取决于样品来源的内部和外部。一般来说，样品源直接与微通道连接，因此芯片内置了容纳样品源的存储罐，样品只需要施加压力或电力动力，样品就比较简单了。外部样本源需要导管，导管和芯片接口嵌合优秀，通常难以实现。固体样品在注入前必须流体化。细胞样本通常采用低压驱动，防止细胞破裂。信号采集控制和检测、光学检测：激光诱导荧光、化学发光和紫外线吸收等光学探测器仍然是主流检测手段。激光诱导荧光是目前最敏感的检测方法之一。作为微流控的主要研究对象，核酸、蛋白质、氨基酸等可以通过荧光标记检测出来，因此激光诱导荧光监测器是最先应用并一直使用到现在的光学检测器。其他检查包括电化学检测、质谱检测、光谱检测和部分生物反应器基础检测。操作程序简述，微液芯片各种功能的样品处理使用微滤或分离细胞、DNA等样品的二维电泳等其他方法；生物化学反应是根据微流体芯片的功能类型调节温度的微量反应池中PCR扩增DNA、酶反应或免疫反应；结果检测芯片杂交后激光激发的荧光信号或酶的显色反应。芯片实验室应用和开发、核酸扩增、分离和测序仍然是微流控芯片应用的主要领域。对核酸的第一个应用是在微流体芯片上实现DNA酶水解和限制性片段电泳，随后开发集成细胞或细菌降解，PCR扩增和电泳分离的微流体芯片检测。在PCR技术中，PCR系统的反应体积也从微升级降低到纳米升级，大大缩短了反应时间。1998年，美国Nanogen公司的Cheng等公司在自然的生物技术杂志上发表了有关芯片实验室的论文。他们通过芯片组合依次执行样品准备、生化反应和结果测试三个部分的工作，这是世界上第一个具有严格意义的微观整体分析系统操作。通过这个系统从人类的血细胞和大肠杆菌混合物中分离出大肠杆菌，浓缩后在芯片上分解细菌，释放核酸物质，然后进行杂交检查。原始样品进入阵列后，将特定频率的交流电信号应用到微电极上，所需的大肠杆菌细胞被正向遗传电泳力吸附到微电极周围区域，人的血细胞被负遗传电泳力推到微电极区域外，即悬浮在溶液中。通过流动相清洗作用，可以去除人的血细胞，留下必要的大肠杆菌细胞。然后，在微电极上施加高压脉冲电信号，使吸附在微电极周围部位的大肠杆菌细胞破裂，释放质粒DNA、基因组DNA、RNA等核酸物质，实现从原始样品到核酸的样品准备过程。生化反应和结果检测也在微电极阵列中进行。可以在单个微电极上固定不同的探针，也可以通过微电极的选择盒或关闭来捕获和检测相应的核酸物质。RNA病毒用检测芯片：温度调节设备和温度检测部件都位于反应室，由铂制成，不同的温度调节分别为逆转录和PCR完成。控制装置由微型阀门和微型泵组成，以控制流体运输。利用该装置成功检测出了2型登革热病毒和肠道病毒EV71。RT-PCR芯片实验室示意图。-nucleicacidsresearch，2005，vol.33，no.18e 156，微流控芯片对单细胞和细胞内微量物质的分析和检测：细胞培养、运输、洗涤、粉碎、样品纯化和电泳分离等操作建立不同尺度的相对封闭的二维或三维网络结构，防止外部污染。芯片材料多使用聚二甲基硅氧烷PDMS，生物相容性好，对机体的通透性好，有助于细胞培养中氧和二氧化碳的交换。培养需要大量灌溉，将细胞悬浮液注入微培养室，细胞倒入墙壁，然后持续将培养液倒入培养室，立即更新营养成分。在利用微流控芯片的细胞培养中，必须将流体剪切力对细胞状态的影响降至最低。利用微流控芯片实现细胞分离、细胞分解，可以多方面研究细胞分化和增殖状态、细胞应激反应、细胞膜功能、离子通道、细胞间相互作用等。研究肿瘤细胞凋亡和细胞凋亡相关细胞膜功能变化的药物：结合芯片通道内层流混合和分流的芯片浓度梯度发生器，将药物浓度生成、细胞培养、细胞刺激、细胞标记和细胞反应检测过程集中在芯片上，监测不同浓度阿霉素诱导肝癌细胞HepG2的细胞凋亡过程。首先将HepG2细胞投入芯片的培养装置，细胞附着在墙上，投入药物溶液一段时间，然后放入荧光标记试剂，放入细胞标记，清洗液，然后用显微镜检查。细胞凋亡检测集成微流体芯片图。每个试剂的入口和芯片结构单位如图所示。-微流控芯片取自电子2836146-1153，2007，在小分子领域应用尚处于初期阶段，毛细管电泳分离小分子、小离子和手性分子的经验正在迅速植入芯片中，代谢产物分析是研究的重点。复杂的代谢过程可以在芯片上模拟，代谢产物是模拟终端出口。下游是在同一芯片上处理、分离和检测复杂的代谢产物。芯片实验室可应用于疾病诊断、药物合成和筛选、食品分析、环境监测、毒品检验等多方面。组合化学技术与质量筛选技术相结合是新药研究中先导化合物发现的重要手段。其中，液相组合并行合成方法所需的反应器数取决于反应物的可能组合数，芯片系统单反应器的小型化消除了众多反应器数并行合成所带来的缺点。三维2x2并行合成芯片实验室图。芯片的三层结构如图所示，a、b、c和d分别是起始材料的入口、AC、AD、BC和BD是产品的出口。-lab chip 233605188-192、2002、3个玻璃矩阵摘录的microfluidic芯片：上、下两层microfluidic芯片具有各自的微结构，microchannel的宽度和深度分别为240和60微米，中间的一个上下两层的玻璃矩阵均为30 X70 x0.7mm，中间层的玻璃矩阵为30 X70 x0.2mm。整个系统共有4个进口和4个出口。试剂对(a，b)和(c，d)分别表示流向两