微流控芯片--液液萃取

微流控芯片的发展及制造工艺介绍微流控芯片的发展微全分析系统的概念是在1990年首欠由瑞士Ciba2Geigy 公司的Manz与Widmer提出的，当时主要强调了分析系统的“微”与“全”，及微管道网络的MEMS加工方法，而并未明确其外型特征。

次年Manz等即在平板微芯片上实现了毛细管电泳与流动。

微型全分析系统当前的发展前沿。

微流控分析系统从以毛细管电泳分离为核心分析技术发展到液液萃取、过滤、无膜扩散等多种分离手段。

其中多相层流分离微流控系统结构简单，有多种分离功能，具有广泛的应用前景。

已有多篇文献报道采用多相层流技术实现芯片上对试样的无膜过滤、无膜参析和萃取分离。

同时也有采用微加工有膜微渗析器完成质谱分析前试样前处理操作的报道。

流控分析系统从以电渗流为主要液流驱动手段发展到流体动力气压、重动、离心力、剪切力等多种手段。

直至今日，各国科学家在这一领域做出更加显着地成绩。

微流控技术作为当前分析科学的重要发展前沿，在研究与应用方面都取得了飞速的发展。

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。

微流控芯片的最大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（Capillary Electrophoresis ，CE）比较容易在微流控芯片上实现，因而成为其中发展最快的技术。

微流控芯片中的液滴操控研究引言微流控芯片作为一种新兴的技术，具有在微尺度上操控液滴的能力，已经被广泛应用于生物医学、化学分析、药物筛选等领域。

液滴操控是微流控芯片的核心技术之一，对于实现高效、精确、可控的液滴操控具有重要意义。

本文将介绍微流控芯片中液滴操控的研究进展，并深入讨论液滴操控的关键技术和挑战。

微流控芯片中的液滴操控技术液滴生成液滴生成是液滴操控的起始步骤，常用的方法包括流体分离与闪烁方法、电场诱导法、热致驱动法等。

其中，流体分离与闪烁方法是一种简单易行的液滴生成方法。

通过微通道中的流体分离结构，将液体分割成小滴，再通过闪烁方法实现液滴的离散化。

电场诱导法利用电荷间的静电作用力来实现液滴的生成和操控，具有快速、高效、可控的优点。

热致驱动法通过加热微流道上下层的液体来实现液滴的生成和操控。

液滴操控液滴操控是微流控芯片中最核心的技术之一，主要包括两个方面：液滴合并和液滴分离。

液滴合并是指将两个或多个液滴合并成一个更大的液滴。

液滴分离是指将一个大液滴分离成两个或多个小液滴。

液滴合并液滴合并的方法有很多，常用的方法包括两个液滴相互接触并在界面处形成液体连通的方法、微流道中引入分布器等。

两个液滴相互接触的方法通常需要控制液滴的大小、位置和速度以保证液滴的合并效果。

微流道中引入分布器的方法通过引入分布器结构，使得两个液滴在分布器中相互接触并合并。

液滴分离液滴分离的方法也有多种，常用的方法包括液滴剪切和液滴挤压等。

液滴剪切是指通过施加外力，使大液滴中的一部分液体向外移动，从而实现分离的效果。

液滴挤压是指通过微通道中特殊设计的结构，使大液滴在流动过程中被挤压而分离成小液滴。

液滴操控的挑战与解决方案液滴操控在实际应用中还存在一些挑战，如液滴的精确定位、液滴的速度控制、液滴的稳定性等。

针对这些挑战，研究者们提出了多种解决方案。

液滴的精确定位液滴的精确定位是实现精确液滴操控的基础。

传统的定位方法主要是依靠外部观察和手动调整，这种方法不仅效率低，而且容易出现误差。

液相芯片技术液相芯片技术是一种基于微流控技术的分析方法，通过将样品在微通道中与试剂发生反应，然后利用芯片内的检测模块进行检测和分析。

液相芯片技术具有高效、快速、灵敏度高、成本低、易于集成等优点，广泛应用于生物医学领域的分析和诊断。

液相芯片技术的原理是将样品和试剂以微体积的液滴形式在微通道中混合，从而提高反应效率和速度。

液滴的大小通常在纳升至皮升级别，与传统的微量反应相比，具有更高的表面积比和较短的扩散距离，从而实现更快的反应速度和更高的灵敏度。

另外，液相芯片技术还可以实现多种反应的并行操作，提高分析的多样性和效率。

液相芯片技术广泛应用于生物医学领域的分析和诊断。

例如，可以用于分析生物样品中的蛋白质、细胞和DNA等分子，进一步研究其结构和功能。

液相芯片技术还可以用于分析药物代谢、体内环境监测、食品安全检测等领域。

此外，液相芯片技术还可以用于临床诊断，例如尿液中的蛋白质标志物检测、癌症早期诊断等。

液相芯片技术具有许多优点。

首先，由于反应体积小，反应速度快，因此可以实现实时监测和快速分析。

其次，液滴的尺寸小，导致了试剂的浪费低，成本相对较低。

此外，液相芯片技术还具有易于操作、自动化程度高、操作误差小等特点，可以实现高通量和高灵敏度的分析。

液相芯片技术的发展还面临一些挑战。

首先，液相芯片的制备需要高精度的微加工工艺，成本较高。

其次，微通道的尺寸小，容易受到颗粒杂质和蛋白质附着的影响，导致通道堵塞和反应失效。

此外，液相芯片的复杂性和可扩展性有待进一步研究和改善。

总之，液相芯片技术是一种高效、快速、灵敏度高、成本低、易于集成的分析方法，广泛应用于生物医学领域的分析和诊断。

随着技术的发展和改进，相信液相芯片技术将在生物医学领域中发挥更大的作用，为科学研究和医学诊断提供更多的可能性。

微流控芯片技术的研究与应用微流控芯片技术是一种基于微纳米加工技术和流体力学理论的高新技术，它能够将微小的液体或气体精准地操控和管理，广泛应用于化学、生物、医学等领域。

下面将从微流控芯片技术的原理、研究进展和应用前景三个方面进行介绍。

一、微流控芯片技术的原理微流控芯片技术的核心在于微流体控制，其原理主要涉及微小液滴、微小通道和微型阀门。

微小液滴是指微流控芯片内的微小液体颗粒，它们可以根据通道的设计被精准地分配和传输。

微小通道是指微流控芯片内的微型管道，它们是控制微小液滴流动的重要组成部分。

微型阀门是指微流控芯片内的小型控制元件，可以通过外部控制开启或关闭，从而实现微小液滴的控制。

微流控芯片技术基于微型流体的行为，可以将微小液滴进行混合、分离、反应等操作，从而实现微流体组件的各种功能。

通过微型通道和微型阀门的调节，可以精确地控制微小液滴的数量、位置和流动速度，从而大大提高实验的准确性和可重复性。

二、微流控芯片技术的研究进展随着微纳米加工技术的发展和工艺的不断完善，微流控芯片技术得到了广泛的研究和应用。

目前，微流控芯片技术已经成功地运用在细胞培养、DNA分离、蛋白质分析、药物筛选等领域，并获得了许多重要的研究成果。

在细胞培养方面，微流控芯片技术可以提供一个更为真实的模拟环境，促进细胞生长和分化，并可用于监测细胞行为、繁殖和死亡的特征。

在DNA和蛋白质分析方面，微流控芯片技术可以更快速、更准确地识别DNA和蛋白质的特征，从而为基因和蛋白质组学研究提供了一个高效的平台。

在药物筛选方面，微流控技术可以更快速、更精准地评估药物候选物的活性、毒性、代谢和药效学特征，为药物研发提供更加可靠的数据基础。

三、微流控芯片技术的应用前景由于其精准、高效、低成本、可自动化等优势，微流控芯片技术已经成为生物医学、环境监测、材料科学等领域的热点研究方向，并逐渐应用于工业生产和医疗诊断中。

在生物医学领域，微流控芯片技术可以用于诊断、治疗和预测疾病，如癌症、心血管疾病、神经疾病等。

微流控芯片技术的原理及其应用随着生物医学技术的逐步发展，微流控芯片技术逐渐成为研究生物科学领域的重要工具。

微流控芯片技术是一种将液体微小化的技术，通过微通道和微结构控制液体的流动，从而实现对微小的流体样本的操控和分析。

本文将详细介绍微流控芯片技术的原理和应用。

一、微流控芯片技术的原理微流控芯片技术是一种基于微纳米尺度结构和微通道的流体控制技术。

它通过制造微通道和微结构，将液体分割成非常微小的体积，从而控制和操作微小的流体体系。

微流控芯片可以分为两个部分：微通道和微结构。

微通道是用于控制微小液滴和海绵多孔的通道系统。

海绵多孔是指微通道中的特殊结构，可以用来创建离散液滴或分隔通道。

微流控芯片通过这些微通道和微结构来控制微小液滴或微小的液体分散体系。

对于微流控芯片来说，微小液滴是非常重要的元素。

微小液滴是由小于100微米的液体球体组成的。

由于它们是液体，所以微小液滴之间可以互相合并，而且通过电极可以控制液滴的聚合和分离状态。

在微流控芯片中，微小液滴通常是由吸头和压力控制系统产生的。

微流控芯片技术的原理一般分为三个步骤：样品输入、反应和检测。

首先，将样品输入到微流控芯片上。

其次，样品会经过一系列的反应过程，例如混合、稀释、分隔等等。

最后，对反应后的产物进行检测。

二、微流控芯片技术的应用微流控芯片技术在生物医学领域中有着广泛的应用。

它能够用于细胞分数、免疫分析、基因测序等方面的研究。

下面将具体介绍微流控芯片技术的应用。

1、细胞分数微流控芯片技术可以用于隔离细胞并分析细胞中的生物大分子。

这种技术通过一个海绵多孔来将细胞定位在特定位置，并将细胞从其他细胞中隔离出来。

这种技术对于医学研究很有价值，可以用来研究细胞的分子成分和机制，在探索生物性能和疾病诊断方面具有广阔的应用前景。

2、免疫分析免疫分析是一种常用的免疫学方法。

在传统的免疫分析中，技术人员需要进行样本的制备和处理，这个过程常常需要耗费大量的样品和试剂。

数字微流控技术的基本工作原理据麦姆斯咨询报道，数字微流控（Digital microfluidics, DMF）是一种强大的新兴技术，它利用微升至纳升范围内的液滴精准操作来实现复杂的实验室分析。

数字微流控通常与其他分析工具结合使用，如质谱、比色、电化学分析和电化学发光分析等。

通过在一系列步骤中以一系列层次组合并重复多次操作，得以实现复杂的实验程序。

数字微流控的基本机制类似于更传统的方法，但是所涉及的液体体积要小得多，其流程也高度自动化。

数字微流控技术中，微滴的生成和操作由电润湿、介电电泳和不混溶流体流动三大原理支撑。

数字微流控技术的基本工作原理数字微流控技术依赖于由液体表面张力引起的液滴生成。

表面越疏水，液体渗透性越差。

疏水性可以利用电场产生，该过程被称为介质上电湿润（Electrowetting on Dielectric, EWOD）。

运用电场产生液体表面的极性亲水性，使液滴变平。

控制极化位置以生成张力梯度，使受控液滴位移发生在微流控平台表面。

数字微流控平台的设置基于基板、电极及其配置，使用的电介质及其厚度，疏水层和施加的电压。

各个电极在底层以阵列形式图案化，连续电极则位于顶层。

介电材料（如玻璃）围绕着底层电极，负责电荷和电场梯度的积累。

顶层通常涂有疏水层，以在微滴接触点处生成低表面能。

当施加电压时，电极被激活，导致表面液滴或多或少变得易被润湿。

如果附近的电极被控制电压激活而下层电极未激活，则液滴将移动。

因此可以通过沿着电极线的线性阵列电势变化来操纵液滴。

数字微流控技术的最新进展由数字微流控技术引起的液滴3D运动允许微流控装置同时执行两个不同的任务。

通过使。

微流控芯片是一种利用微型流体系统进行流体控制和分析的微型化芯片。

它将传统的实验室分析设备缩小到微型芯片上，实现了微型化、高效化和低成本化。

微流控芯片的研究和应用已经在生物医学领域、环境监测领域、食品安全领域等方面取得了广泛的应用和成果。

国家自然科学基金是我国科学技术部设立的促进基础研究的重要资助项目，它旨在支持那些有潜力和创新性的基础科学研究项目。

国家自然科学基金的资助对于微流控芯片的研究和应用具有重要的意义。

1. 微流控芯片的技术原理微流控芯片主要利用微流控技术和微制造技术，实现微型流体系统的控制和分析。

它通常包括微流道、微阀、微泵、微反应室等组成部分，通过微小体积的导液系统实现对微流体的控制和操作。

微流控芯片的基本原理是利用微米级管道和微器件对微流体进行快速和精确的控制，实现微流体的混合、分离、检测和分析。

2. 微流控芯片的广泛应用微流控芯片已经在多个领域取得了广泛的应用。

在生物医学领域，微流控芯片可以用于细胞分选、蛋白质分析、基因检测等方面，可以实现对微生物、细胞和分子的精确操控和分析。

在环境监测领域，微流控芯片可以用于水质分析、大气污染监测等方面，可以实现对微量环境污染物的快速检测和分析。

在食品安全领域，微流控芯片可以用于食品中毒物质的检测、食品成分分析等方面，可以实现对食品质量和安全的快速检测和分析。

3. 国家自然科学基金对微流控芯片的支持国家自然科学基金对微流控芯片的支持主要包括对微流控芯片基础研究的资助和对微流控芯片相关应用项目的资助。

在微流控芯片基础研究方面，国家自然科学基金资助了一大批的微流控芯片材料、制备工艺、流体动力学、生物分析等方面的基础研究项目。

这些研究项目在微流控芯片的基础理论和关键技术方面取得了重要的成果，为微流控芯片的发展奠定了坚实的基础。

在微流控芯片相关应用项目方面，国家自然科学基金资助了一系列的微流控芯片在生物医学、环境监测、食品安全等领域的应用项目。

这些项目在微流控芯片在实际应用中的关键技术、装备设备、产品开发等方面取得了重要的突破，推动了微流控芯片的产业化和市场化进程。

液相芯片原理
液相芯片是一种微流控芯片，它的原理是利用微型通道和微型阀门将液体样品精确地输送到芯片表面的化学反应区域进行反应。

液相芯片的发展使得多种生化分析和检测可以在微小的空间和时间范围内完成。

本文将详细介绍液相芯片的原理、制备和应用。

液相芯片的原理主要是基于微流控技术。

微流控芯片通过微型通道和微型阀门控制微小的液滴或气泡流动，实现了对微小液滴的操纵。

这种技术可以实现微型反应器的制造，从而在微小的空间内进行化学反应或生物反应。

液相芯片中的微通道可以精确控制反应物的流速和反应时间，从而实现对反应的控制和优化。

液相芯片的制备主要包括两个步骤：芯片制造和表面修饰。

芯片制造是通过微型加工技术，制造出微小的通道和阀门。

表面修饰则是将需要检测的分子或化合物固定在芯片表面，以实现对分子的检测。

芯片制造需要高精度的加工技术，而表面修饰则需要选择合适的化学方法和试剂，以实现对分子的特异性检测。

液相芯片的应用非常广泛。

它可以用于生物分子的检测，如DNA、RNA、蛋白质等的检测。

液相芯片还可以用于药物筛选和疾病诊断，如癌症、心血管疾病、糖尿病等。

此外，液相芯片还可以用于环境监测和食品安全检测等领域。

总的来说，液相芯片是一种高精度的微流控技术，具有精准、快速、
高通量的检测特点。

随着微加工技术、化学修饰技术和检测技术的不断发展，液相芯片在生物医学、环境监测和食品安全等领域的应用前景越来越广阔。

利用微流控技术制备液滴的方法1.微流控制备液滴的原理在微流控芯片上产生液滴，是一相流体在另一相不互溶或部分互溶流体中分散的过程。

两种互不相溶的液体，以其中的一种作为连续相，另一种作为分散相，分散相以微小体积(10-15 ~ 10-9L)单元的形式分散于连续相中，形成液滴。

在微流控领域，主要采用被动法来制备液滴，常用的三种方法如下：（1）T 型通道法被动法主要包括T 型通道法、流动聚焦法和共轴流聚焦法。

图1 T 型通道微流控芯片液滴发生方法T 型通道法是产生微流控液滴最常用的方法之一,由 Thorsen 等[29]最先提出。

在T型通道法中，两相不相溶的流体在垂直的T型管道交叉口处相遇，在压力和剪切力的作用之下，流动相截断分散相，从而形成液滴。

流动聚焦法由Anna等和Dreyfus等最先提出。

（2）流动聚焦法图2 流动聚焦微流控芯片液滴发生方法在流动聚焦法中，三条流路聚焦一个管道中，分散相和流动相汇合于十字交叉管处，上下对称的流动相同时挤压分散相使其断裂，从而形成液滴。

（3）共轴流聚焦法图3 共轴流微流控芯片液滴发生方法共轴流聚焦法是Cramer等最早用来制备微液滴的。

在共轴流聚焦法中，孔道中心轴内插入尖嘴的毛细管，分散相和连续相处在管道内平行流动，分散相在进入连续相管道时，在连续相流体的剪切力作用下，被挤压断裂形成液滴。

2.液滴微流控技术在生物医学中的应用液滴微流控在取代笨重的生化实验室进行分析检测方面已展现出其独特的优势。

它可以精确地对反应中的微液滴进行操控，并能够减少反应试剂的用量。

液滴微流控技术广泛应用于液滴PCR也叫数字PCR（dPCR）、荧光偏振免疫分析、蛋白质标记物分析、DNA基因检测、基因芯片、蛋白质芯片、药物递送、药物释放、病毒检测、颗粒合成、催化剂研究、微胶囊、单细胞和多细胞分析、以及成像分析、激光光谱学、电化学、毛细管电泳、质谱、核磁共振谱、化学发光法检测等。

文章来源：闫嘉航、赵磊、申少斐、马超、王进义；液滴微流控技术在生物医学中的应用进展；分析化学评述与进展；2016年；第44卷[第4期]；562~568。