微流控芯片的原理|结构|材料

　　微流控芯片是一种把整个化验室的功能，包括采样、稀释、加试剂、反应、分离、检测等集成在微芯片上，且可以多次使用的装置。微流控芯片常以硅、玻璃、石英、热塑性塑料为材料。

微流控芯片的基本概念

　　微流控芯片实验室，又称其为芯片实验室或微流控芯片技术，是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，自动完成分析全过程。

　　微流控芯片在生物、化学、医学等领域的巨大潜力，已经发展成为一个生物、化学、医学、流体、电子、材料、机械等学科交叉的崭新研究领域。由于微米级的结构，流体在微流控芯片中显示和产生了与宏观尺度不同的特殊性能，因此发展出独特的分析产生的性能。

微流控芯片的原理

　　微流控芯片采用类似半导体的微机电加工技术在芯片上构建微流路系统，将实验与分析过程转载到由彼此联系的路径和液相小室组成的芯片结构上，加载生物样品和反应液后，采用微机械泵、电水力泵和电渗流等方法驱动芯片中缓冲液的流动，形成微流路，于芯片上进行一种或连续多种的反应。激光诱导荧光、电化学和化学等多种检测系统以及与质谱等分析手段结合的很多检测手段已经被用在微流控芯片中，对样品进行快速、准确和高通量分析。

　　微流控芯片的Zda特点是在一个芯片上可以形成多功能集成体系和数目众多的复合体系的微全分析系统。微型反应器是芯片实验室中常用的用于生物化学反应的结构，如毛细管电泳、聚合酶链反应、酶反应和DNA杂交反应的微型反应器等。其中电压驱动的毛细管电泳(CE)比较容易在微流控芯片上实现，因而成为其中发展Z快的技术。它是在芯片上蚀刻毛细管通道，在电渗流的作用下样品液在通道中泳动，完成对样品的检测分析，如果在芯片上构建毛细管阵列，可在数分钟内完成对数百种样品的平行分析。

　　自1992年微流控芯片CE首次报道以来，进展很快。首台商品仪器是微流控芯片CE，可提供用于核酸及蛋白质分析的微流控芯片产品。

微流控芯片组成结构

　　微流控芯片的结构由具体研究和分析目的决定，设计和加工微流控芯片片基开展微流控芯片研究的基础。

　　微流控芯片的主体结构由上下两层片基组成(PMMA、PDMS、玻璃等材料)，包括微通道，微结构、进样口，检测窗等结构单元构成。外围设备有蠕动泵、微量注射泵、温控系统、以及紫外、荧光、电化学、色谱等检测部件组成。附加在微流控芯片结构上的电器设备是微流控芯片进行研究的必要组成部分，主要功能如驱动和控制微流体的流动、温度调控、图像采集和分析，以及自动化控制等。

微流控芯片的材料

　　微流控芯片起源于MEMS(微机电系统)技术，早期常用的材料是硅和玻璃。近年来高分子聚合物材料己经成为微流控芯片加工的主要材料，它的种类多、价格便宜、绝缘性好、性能指标优，可施加高电场实现快速分离，加工成型方便，易于实现批量化生产。

　　微流控芯片的材料——硅

　　硅具有散热好、强度大、价格适中、纯度高和耐腐蚀等优点。随着微电子的发展，硅材料的加工技术越来越成熟，硅材料首先被用于微流控芯片的制作，因具有良好的光洁度和成熟的加工工艺，可以用于微泵、微阀和模具等器件。但是硅材料也有本身的缺点，例如绝缘性和透光性较差、深度刻蚀困难、硅基片的粘合成功率低等，这些影响了硅的应用。

　　微流控芯片的材料——玻璃

　　如今，玻璃己被广泛用于制作微流控芯片，使用光刻和蚀刻技术可以将微通道网络刻在玻璃材料上，它的优点是有一定的强度、散热性、透光性和绝缘性都比较好，很适合通常的样品分析。

　　微流控芯片的材料——高分子聚合物材料

　　高分子聚合物材料由于成本低、易于加工成型和批量生产等优点，得到了越来越多的关注。用于加工微流控芯片的高分子聚合物材料主要有三大类：热塑性聚合物、固化型聚合物和溶剂挥发型聚合物。