微流控芯片分析法.doc

微流控芯片分析法一、概述微流控分析就是指利用微流控芯片或系统对物质的组成、含量、结构与功能进行测定与研究的一类分析方法。它起源于20世纪90年代初由瑞士的ManZ与Widmer提出的以微机电系统(microelectromechanicalsystems,MEMS)技术为基础的“微全分析系统”(miniaturizedtotalanalysissystems,或micrototalanalysissystems,μTAS)概念[1],其目的就是通过化学分析设备的微型化与集成化,最大限度地把分析实验室的功能转移到便携的分析设备中,甚至集成到方寸大小的芯片上。由于这种特征,该领域还有一个更为形象的名称“芯片实验室”(labachip)。上述系统的核心就是微流控芯片(hips),其结构特征就是在方寸大小的散芯片上加工微通道网络,通过对通道内微流体的操纵与控制,实现整个化学与生物实验室区功能[2]。微流控分析的基本技术微流控芯片加工技术微流控芯片的基本结构单元就是具有微米级深度与宽度的微通道,由其构成微通道网络,并根据不同的需要集成微结构、微阀、微泵、微储液器、微电极、微检测器、微控制与微处理等单元,组成完整的微流控芯片系统。因此,加工微流控芯片需采用特殊的微细加工技术,该技术起源于微电子工业中的微机电加工技术,目前已发展出多种适合不同芯片材质的芯片微加工技术[2-4]。微流控芯片所使用的材料包括无机与有机材料两大类。常用的无机材料包括单晶硅、无定型硅、玻璃、石英、金属等。利用硅材料加工微流控芯片的优点就是芯片表面光洁度好,图形复制精准度高,具备三维结构加工能力,工艺成熟,可批量生产。其缺点就是材料易碎、不透光、电绝缘性不好。通常被用于加工微泵、微阀与控制元器件,或制作高分子聚合物芯片的模具。玻璃与石英就是目前加工微流控芯片中使用较多的材料,其优点就是透光性好,机械强度高,微加工工艺较成熟;其表面的电渗与亲水性质适于进行毛细管电泳分析。石英材料可透过紫外光,但其成本就是玻璃的十倍。目前,用于制作微流控芯片的高分子聚合物主要有三类:热塑性聚合物、固化型聚合物与溶剂挥发型聚合物。热塑性聚合物包括聚酰***、聚***丙烯酸甲酯等;固化型聚合物有聚二***硅氧烷(PDMS)、环氧树脂与聚氨酯。溶剂挥发型聚合物有丙烯酸、橡胶与***塑料等。高分子聚合物材料的优点就是材料种类多、成本低、适合大批量制作等。其中,PDMS因其具有良好的微结构成形性、透光性与生物相容性,就是目前使用最多的高聚物芯片加工材料。通常微流控芯片的加工按流程分为两部分:芯片微通道加工与芯片的封合。目前,微通道的加工方法主要有光刻与蚀刻法、模塑、热压法、激光刻蚀法、LIGA技术与软光刻法等。其中,光刻与蚀刻法主要就是用于无机材料芯片的加工及芯片模具的加工。模塑、热压法、激光刻蚀法、LIGA技术与软光刻法等主要就是用于高分子聚合物芯片的加工。芯片的封合技术则有热键合、常温键合、黏结法等,不同材质的芯片封合方法各有不同。微流体驱动技术微流控芯片分析系统在结构上的主要特征就是各种构型的微通道网络,通过对通道内微流体操控,完成芯片系统的分析功能。微流体驱动系统就是实现微流体控制的前提与基础。微流控芯片分析系统所使用的驱动系统,突出特点就是流量低,通常范围在pL-µL/min。依据驱动系统有无活动的机械部件,可分为有活动机