(仪器分析）21.1概述

1、21.1.1 概述概述 目标目标: 分析仪器及系统分析仪器及系统 微型化、集成化、自动化、便携化微型化、集成化、自动化、便携化 微流控分析芯片那么是实现这一整微流控分析芯片那么是实现这一整体目标的成功尝试。体目标的成功尝试。 分析化学学科最活泼的领域和开展分析化学学科最活泼的领域和开展前沿。前沿。 “芯片实验室芯片实验室 “个人化、个人化、“家用化家用化 流动注射分析流动注射分析: 烦琐的、手工操作烦琐的、手工操作的化学分析过程自动化的成功实现的化学分析过程自动化的成功实现.微流控分析芯片微流控分析芯片: 以以微通道微通道网络为结构网络为结构特征特征，以，以微流体微流体的操纵和控制为的操纵和控

2、制为核心核心， 并将整个分析化验实验室的功能：采样、稀释、加试剂、混合、反响、别离及检测等集成在方寸大小的微芯片上， 以完成某一分析测试任务，实现分析全过程的微型化、集成化、自动化、便携化的一种分析技术。 开展过程：开展过程： 1990年，年，Manz和和Widmer：提出：提出TAS)。 1992年，年，Manz与与Harrison：展示巨大开展潜力。：展示巨大开展潜力。 1994年，美国橡树岭国家实验室的工作，引起了更广年，美国橡树岭国家实验室的工作，引起了更广泛的关注。泛的关注。 首届首届TAS会议在荷兰举行，推广作用。会议在荷兰举行，推广作用。 1995年之后，美国大学一系列研究：开展

3、。年之后，美国大学一系列研究：开展。 2001年在美国：第五届年在美国：第五届TAS会议。会议。 英国皇家化学会主编：英国皇家化学会主编：“Lab-on-a-chip 期刊，期刊， “芯片实验室芯片实验室(Lab-on-a-chip，LOC) 被广泛接受。被广泛接受。 争论与开展：争论与开展： 1990年，瑞士年，瑞士Ciba-Geigy公司公司 Manz和和Widmer：提：提出了出了“微型全分析系统微型全分析系统 micrototal analysis systems， TAS)。 “流动注射光度测定分析系统多层单晶芯片结构的流动注射光度测定分析系统多层单晶芯片结构的TAS装置。装置。 开

4、创了微流控分析芯片研究的先河。开创了微流控分析芯片研究的先河。 新技术的争论！新技术的争论！ 论文：论文： “用单晶硅与玻璃微加工的化学分析系统用单晶硅与玻璃微加工的化学分析系统通向下世纪的技术，还是仅仅一时的狂热？通向下世纪的技术，还是仅仅一时的狂热？ 争论与开展：争论与开展： 1992年，年，Manz与与Harrison： 微加工芯片上完成毛细管电泳别离的论文，展示微加工芯片上完成毛细管电泳别离的论文，展示了了TAS的巨大开展潜力。的巨大开展潜力。 1994年始，美国橡树岭国家实验室以年始，美国橡树岭国家实验室以Ramsey： 发表了一系列研究论文，改进了芯片毛细管电泳发表了一系列研究论文

5、，改进了芯片毛细管电泳的进样方法，提高了其性能和实用性，引起了更广泛的进样方法，提高了其性能和实用性，引起了更广泛的关注。的关注。 同年，首届同年，首届TAS会议在荷兰恩舍得会议在荷兰恩舍得Enchede举举行，起到了推广行，起到了推广TAS的作用。的作用。 争论与开展：争论与开展： 1995年，美国哈佛大学的whitesides 报道了一系列与微流控芯片加工有关的新技术； 1996年，美国加州大学的Mathies，微流控芯片多通道毛细管电泳DNA测序，为基因分析中的实际应用提供了重要根底。 1999年出现了首个商品化的微流控芯片，目前已有十多种商品化微流控芯片。 2001年美国第五届TAS会

6、议。 英国皇家化学会主编：“Lab-on-a-chip 期刊， “芯片实验室 Lab-on-a-chip，LOC。广泛接受。 21.1.2 微流控分析芯片的特点与前景微流控分析芯片的特点与前景 微流控分析芯片：不仅仅是带来设备尺寸上的变微流控分析芯片：不仅仅是带来设备尺寸上的变化，也预示着新的理论和技术的革新。化，也预示着新的理论和技术的革新。优点优点 ：1具有极高的效率；具有极高的效率；2试样与试剂消耗已降低到数微升水平；试样与试剂消耗已降低到数微升水平；3容易制成功能齐全的便携式仪器，用于各类现场容易制成功能齐全的便携式仪器，用于各类现场分析。分析。4微流控芯片的微小尺寸使材料消耗甚微，有

7、利于微流控芯片的微小尺寸使材料消耗甚微，有利于普及。普及。 影响分析性能的主要因素与效应：影响分析性能的主要因素与效应： 层流效应；层流效应；外表张力及毛细效应；外表张力及毛细效应；快速热传导效应；快速热传导效应；扩散效应。扩散效应。 这些效应大多数使微流控分析这些效应大多数使微流控分析芯片的分析性能显著超过宏观条芯片的分析性能显著超过宏观条件下的分析体系。件下的分析体系。分类：分类： TAS：芯片式和非芯片式，依托于：芯片式和非芯片式，依托于MEMS技术技术微流控分析芯片：微通道网络为结构特征，分微流控分析芯片：微通道网络为结构特征，分析化学学科领域开展起来的，其目标是将整个分析析化学学科领

8、域开展起来的，其目标是将整个分析系统微型化。系统微型化。微阵列生物芯片：微探针阵列微阵列生物芯片：微探针阵列为结构特征，在生物遗传学领域开为结构特征，在生物遗传学领域开展起来的，主要是以展起来的，主要是以DNA分析为应分析为应用对象。用对象。表表21-1微流控微流控(分析分析)芯片与微阵列芯片与微阵列(生物生物)芯片的比照芯片的比照 开展的初期阶段，都存在问开展的初期阶段，都存在问题。题。 协调开展。协调开展。存在的问题：存在的问题： 整体仍处于初期阶段，总体上既不够整体仍处于初期阶段，总体上既不够“微，分析微，分析功能也远达不到功能也远达不到“全；全； 集成度不够高；集成度不够高； 多数检测器的体积过大；多数检测器的体积过大； 制作本钱高限制其推广应用。制作本钱高限制其推广应用。 处于更深入开展根底研究、广处于更深入开展根底研究、广泛扩大其应用领域的关键时期。泛扩大其应用领域的关键时期。 前景明朗，目标明确，在不远前景明朗，目