下载文档原格式
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。
微流控芯片生物检测技术的发展随着人类对生物学的研究不断深入，生物检测成为了近年来科技领域热门的话题之一。
同时，微流控芯片技术也逐渐发展成为生物检测领域中的重要工具。
本文将探讨微流控芯片生物检测技术的发展。
一、微流控芯片技术的基础微流控芯片技术指的是通过微型通道、微型孔洞等微制造技术制造的芯片，在芯片表面上加工成各种功能单元，用于实现样品注入、混合、分离、检测等复杂微操作。
微流控芯片技术在生物学、化学、物理学、机械学等领域有广泛的应用。
其主要特点是省时、省药、高效、高灵敏度和低成本。
二、微流控芯片在生物检测中的应用微流控芯片在生物检测中的应用非常广泛。
主要应用于DNA 测序、蛋白质电泳、细胞分析、微量药物分析、生物化学反应、生物传感等领域。
微流控芯片生物检测技术是一种快速、灵敏和低成本的分析方法，具有取代传统分析技术的潜力。
三、微流控芯片生物检测技术的优势相较传统生物检测技术，微流控芯片生物检测技术的优势在于以下几方面：（1）微物理性质与生命过程的联系密切。
微流控芯片技术能够模拟生命过程中的微物理过程，对于生命过程中的研究具备很强的深入性和创新性。
（2）低成本、高效率。
传统的生物检测方法需要大量稀有样品以及昂贵的设备，而微流控芯片技术在节省样品和药品的同时，同时具备高效率的优势。
（3）精度高、灵敏度高。
微流控芯片内部微小的结构使得检测过程更加精确，可以检测到非常低浓度的样品。
（4）样品量小。
微流控芯片技术可以实现样品的微量检测，样品量大大减少了，更加易于操作和实现。
（5）快速，实时检测。
微流控芯片检测可以在短时间内实现，响应速度快，并实现在线实时检测、追踪和监测。
四、微流控芯片生物检测技术的应用前景微流控芯片生物检测技术应用前景广阔，随着科技的不断发展和市场的需求，其应用将会更加广泛。
一方面，在生命科学、医疗保健、环境保护等领域，微流控芯片技术的应用将转变为自动化、高通量和高灵敏的分析工具，以满足多种市场需求；另一方面，随着生物医学、药物发现等领域的发展，微流控芯片生物检测技术将更加注重实际应用，从小规模实验转向大规模生产和生产应用。
微流控生物芯片技术在临床检测中的应用随着人们健康意识的提高，医疗技术也在不断地发展。
现在，生物芯片技术已经被广泛地应用于医疗领域中，而微流控生物芯片技术更是在临床检测中发挥着越来越重要的作用。
微流控生物芯片技术是一种将生物样品以微小的体积通过微型管道进行运动、混合、分离、检测等生化过程的技术。
相比传统的生化分析方法，微流控生物芯片技术具有分析速度快、精度高、消耗样品少、自动化程度高等优点。
因此，这种技术在生物医学领域中的应用前景非常广阔。
首先，微流控生物芯片技术在临床药物研发中能够起到很大的作用。
传统的药物研发流程相对较慢，而且需要大量的实验验证。
但是，采用微流控生物芯片技术，可以用更快的速度进行药物筛选，极大地缩短药物研发时间，同时也能够提高研究的精度和准确性。
其次，微流控生物芯片技术在临床诊断中也有着广泛的应用。
以传统的PCR技术为例，需要多次繁琐的手工操作，而且往往需要较长时间。
采用微流控生物芯片技术，能够将PCR反应过程压缩到微型反应室中进行，不仅能够节约时间和成本，而且可以提高结果的准确性。
此外，微流控生物芯片技术还可以用于检测肿瘤标志物、病原菌、基因突变、蛋白质组等方面。
比如，在肿瘤标志物检测中，微流控生物芯片技术可以利用芯片的微小反应室以及先进的信号检测系统，从微小血样中检测出很低浓度的肿瘤标志物。
而在病原菌检测方面，这种技术可以非常准确地检测微小体积的样品中是否存在有害的微生物，从而保障医疗卫生质量，有效地防止疫病传播。
综上所述，微流控生物芯片技术在临床检测中有着广泛的应用前景。
目前，该技术仍在不断地发展和完善中，同时也带动了生物医学领域的不断创新和进步。
相信在不久的将来，这种技术将成为临床诊断和研究领域中不可或缺的重要工具。
基于微流控技术的生物芯片研究与应用生物芯片是一种具有很高应用价值的生物诊断平台，其主要基于微流控技术实现。
微流控技术是通过微型化的管道、阀门、泵等组件精确控制微小尺度下的生物反应过程。
这种技术可以使得微流体中的各种分子之间的相互作用更加明确和精确，从而实现生物分子的快速分离、检测和定量。
目前，生物芯片已经广泛应用于各种医疗、环境监测、食品安全等领域。
特别是在疾病的早期诊断、药物筛选等方面，生物芯片具有很高的灵敏度和特异性，成为了一个不可或缺的重要工具。
一、微流控技术在生物芯片中的应用微流控技术是生物芯片的核心组成部分。
其基本原理是使用微型管道、微型阀门、微型泵等微型化组件来控制生物分析系统中的各种流动体和反应物。
通过使用微小的液滴，微流控系统可以实现对样品的微重复分析、快速分离和检测等功能。
微流控技术可以被应用于许多生物领域，如细胞、生物大分子、体液等检测。
此外，微流控技术还有助于提高分析过程的速度和准确性。
因此，微流控技术在生物芯片中得到广泛的应用，这主要包括以下几个方面：1、实现生物分子的高通量筛选微流控技术可以实现高通量的生物分子筛选，比如蛋白质、DNA等，微流控技术可以将这些生物分子针对具体的靶标进行筛选和识别，从而实现高效率的生物分子库的构建。
2、适用于细胞分析和分选微流控技术可以大大提高细胞分析和分选的效率。
例如，通过微流控芯片，可以在数秒内分离出单个细胞或细胞集群，从而为个性化医疗、疾病治疗提供有效的支持。
3、便携式实现样品的移动式检测微流控技术的微小尺寸可以让事物更加便携，并减少复杂的操作，进一步扩大了应用范围。
目前，微型化的微流控平台已经可以实现相关的实验室检测，从而为野外、生产线或现场检测提供了可能。
二、基于微流控技术的生物芯片研究微流控技术核心的流动控制、分子识别等技术手段与生物芯片结合会产生更加强大的作用。
在以往研究的基础上，基于微流控技术的生物芯片研究也在不断地发展和完善。
微流控芯片技术的研究进展与应用前景微流控芯片技术是近年来发展较快的一种微纳米制造技术，它通过精细的流道结构和微型阀门、泵等控制装置，实现了对样品的精确分离、混合、分析和检测等功能。
目前，微流控芯片技术已经得到了广泛的应用，尤其是在生物医学领域中，其应用前景更为广阔。
一、微流控芯片技术的发展历程微流控芯片技术起源于20世纪90年代初期，当时，实验室内流体搬运和控制仍然依靠手工操作和普通的注射器、管道等设备。
这种方法虽然简单，但操作效率低下，并且能力有限，难以精确控制微小的流体体积和浓度。
因此，研究者开始探索一种新的流体处理技术，即微流控技术。
最早的微流控芯片是由美国加州大学圣芭芭拉分校的George M. Whitesides 教授和他的团队于1992年制造的。
经过20多年的发展，微流控芯片技术已经成熟并得到广泛使用。
二、微流控芯片技术的研究方向微流控芯片技术主要研究方向包括微流体结构的制造技术、微流体力学、微流控芯片的设计和制造、微型流体处理核心组件的研发以及微流控芯片在不同领域的应用等几个方面。
1、微流体结构的制造技术微流控芯片的制造是微流体研究领域的基础工作，它主要有两种方法：一种是基于光刻技术，即通过制作硅基片、石英玻璃或聚合物等不同材料的微结构，以形成精细和复杂的通道结构；另一种是3D打印技术，即利用数字化建模技术构建模型，在3D打印机上进行加工，以实现微流控芯片的制造。
2、微流体力学微流体力学主要研究微米尺度下流体的流动行为和物理特性，是微流控芯片研究的重要基础。
微流体力学属于流体力学分支学科，主要研究怎样描述流体在微流道内的运动和流动特性。
3、微流控芯片的设计和制造微流控芯片的设计和制造是微流体研究领域中的关键技术。
在微流控芯片设计过程中，需要对流体的特性、工作原理和微流道的结构进行系统分析和仿真，确定芯片的包括长度和宽度，流液的体积和流速等参数。
4、微型流体处理核心组件的研发微型流体处理核心组件是微流控芯片中最重要的部分，它是微流控芯片实现精密流体控制的关键。
生物芯片和微流控芯片的研究进展随着现代科技的不断发展，人类对于生物芯片和微流控芯片的研究也越来越深入。
生物芯片和微流控芯片都是众多领域中的热门话题，从医疗到环保再到食品安全，都可以看到它们的应用。
本文将围绕这两种芯片，介绍它们的相关研究进展。
一、生物芯片的研究进展生物芯片是一种在微米尺度上集成了化学、物理、生物三个方面的功能元件。
研究生物芯片的目的是将微型芯片技术应用于生命科学领域，实现体内微处理和多种分析方法的集成化。
生物芯片的研究进展主要包括以下方面。
1. 基因芯片基因芯片是一种用于检测多个目标分子的方法。
通过使用微型芯片技术将上千种的核酸序列固定在芯片上，再通过一系列化学反应来检测被测目标分子的含量。
基因芯片可以提高基因检测的灵敏度和准确度，广泛应用于诊断和个性化医疗等领域。
2. 细胞芯片细胞芯片是一种在微米尺度上集成了细胞培养的芯片。
通过微观加工技术，可以将细胞培养在芯片上的小空间中，以便研究其生长、分化等行为。
细胞芯片已经被广泛应用于体外药物筛选、基因表达分析等领域。
3. 蛋白芯片蛋白芯片是一种用于检测蛋白质互作、表达水平、功能以及抗体识别和药物筛选等的方法。
通过使用微型芯片技术将多个蛋白质固定在芯片上，再通过一系列化学反应来检测蛋白质的含量和活性。
4. 病毒芯片病毒芯片是一种用于快速搜寻各种病原体的方法。
通过将大量病毒抗原固定在芯片上，再通过体外反应来检测样本中的病原体。
病毒芯片可以快速、敏感地诊断病原体感染，广泛应用于传染病诊断和疫情监测等领域。
二、微流控芯片的研究进展微流控芯片是一种在微米尺度上控制小量流体运动的方法。
研究微流控芯片的目的是通过控制微流体的流动特性，实现高通量的、低样本浓度的多分析方法集成。
微流控芯片的研究进展主要包括以下方面。
1. 植物样本检测植物样本检测通常需要先将样本碾碎，再提取其中的DNA、RNA等生物分子。
然而，目前的方法往往要依赖昂贵的基因分离技术和大量试剂，且操作复杂。
微流控技术在临床检测中的应用
沈韧;万谅;贾艳伟
【期刊名称】《分子诊断与治疗杂志》
【年(卷),期】2018(010)005
【摘要】微流控技术是近二三十年来飞速发展的一种对微小量级的液体进行操控的技术.通过压力装置、机械装置、电路控制系统、甚至是光波、声波等多种装置可以驱动微升到皮升量级的连续液体或者离散液滴进行移动、融合、分裂等动作.应用于生物医学领域,微流控技术可以节省样本和试剂用量,减少反应时间,缩小仪器体积,并提高实验的自动化程度,具有将一系列生化反应集成到一张微小的"芯片实验室"上的潜力.本文概述了微流控技术的基本原理以及微流控芯片在核酸检测、免疫分析、细胞分析等领域的应用,以展示该技术在临床检测领域的应用前景及挑战.【总页数】6页(P289-294)
【作者】沈韧;万谅;贾艳伟
【作者单位】澳门大学模拟与混合信号超大规模集成电路国家重点实验室,澳门999078;澳门大学模拟与混合信号超大规模集成电路国家重点实验室,澳门999078;澳门大学模拟与混合信号超大规模集成电路国家重点实验室,澳门999078
【正文语种】中文
【相关文献】
1.微流控技术在结直肠癌诊疗中的应用研究 [J], 李玮;田山;廖斐;董卫国
2.微流控技术在临床检验中的应用进展 [J], 李恒;史烨萍;周思达;李警予;冯宇;李含;宋梦慈;贺志安
3.微流控技术在急诊降钙素原检测中的应用 [J], 金宁;朱驰;马俊
4.微流控技术在食品安全快速检测中的应用 [J], 朱婧旸;董旭华;张维宜;陈美莲;刘海泉;赵勇;朱永恒
5.微流控技术在解决猪体外受精中多精入卵问题中的应用进展 [J], 刘芊萩;陈强;雷安民
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
微流控芯片在生物检测中的应用研究在当今生物医学领域，微流控芯片技术正以其独特的优势和广泛的应用前景，逐渐成为研究的热点。
微流控芯片是一种将生物、化学和医学分析过程集成到微小芯片上的技术，它通过对微尺度流体的精确控制和操纵，实现了高效、快速、准确的生物检测。
微流控芯片的基本原理是利用微米级的通道和反应室，控制流体的流动和混合，从而完成各种生物化学反应和分析过程。
这种技术具有许多显著的优点。
首先，微流控芯片的尺寸非常小，通常只有几平方厘米甚至更小，因此可以大大减少样品和试剂的消耗，降低检测成本。
其次，微流控芯片内部的流体流动是层流状态，这使得反应和分离过程更加精确和可控。
此外，微流控芯片可以集成多种功能单元，如样品预处理、反应、分离和检测等，实现了分析过程的自动化和集成化。
在生物检测方面，微流控芯片有着广泛的应用。
其中一个重要的应用是在核酸检测中的应用。
核酸是生物体内携带遗传信息的重要分子，对核酸的准确检测对于疾病的诊断、基因分析和遗传疾病的筛查等具有重要意义。
微流控芯片可以实现核酸的提取、扩增和检测等一系列过程的集成化。
例如，通过在芯片上设计特定的微通道和反应室，可以实现细胞的裂解、核酸的提取和纯化。
然后，利用芯片上的微加热器和温度传感器，可以进行核酸的扩增反应，如聚合酶链反应（PCR）。
最后，通过集成在芯片上的检测单元，如荧光检测或电化学检测等，可以对扩增后的核酸进行定量分析。
除了核酸检测，微流控芯片在蛋白质检测中也发挥着重要作用。
蛋白质是生命活动的重要执行者，其检测对于疾病的诊断、药物研发和生物过程的研究等具有重要意义。
微流控芯片可以实现蛋白质的分离、富集和检测等过程的集成化。
例如，利用芯片上的电泳技术，可以对蛋白质进行高效的分离。
通过在芯片上修饰特定的抗体或受体，可以实现蛋白质的特异性捕获和富集。
然后，利用芯片上的光学检测或质谱检测等技术，可以对捕获的蛋白质进行定量和定性分析。
微流控芯片在细胞检测方面也具有独特的优势。
微流控芯片在基因测序中的应用研究微流控芯片是一种先进的实验室装置，具有极高的可控性和精准性，在基因测序领域中得到广泛的应用。
本文将从样品处理、DNA扩增和测序技术三个方面，详细探讨微流控芯片在基因测序中的应用。
1. 样品处理微流控芯片在基因测序中的首要任务是对DNA样品进行处理，包括提取、纯化和保存。
传统的DNA样品处理方式往往繁琐且易受到污染，而微流控芯片则能够在微型尺寸下实现快速、高效、低成本的样品处理。
例如，微流控芯片可以使用微米级的通道和微型泵来实现自动抽取和纯化DNA样品，大大节省了样品处理的时间和资源消耗。
2. DNA扩增DNA扩增是基因测序的基础步骤之一，它能够将少量的DNA序列扩增至足够多的数量，以便后续的测序分析。
微流控芯片提供了一种快速、自动化的DNA扩增方法，可以实现在微型尺寸下同时进行大量的PCR反应。
通过在微流控芯片中控制微小液滴的混合和分割，可以实现高通量的DNA扩增，同时减少反应体积和试剂消耗。
3. 测序技术微流控芯片在基因测序中的应用不仅限于DNA样品处理和扩增，还包括了各种测序技术的开发和优化。
其中，最为重要的是下一代测序技术（Next Generation Sequencing，简称NGS）。
微流控芯片可以在微小的尺寸下实现高通量的DNA测序，大大提高了测序的速度和效率。
通过将样品和试剂加载到微流控芯片的微型通道中，可以实现高效的DNA捕获、测序反应和信号检测。
此外，微流控芯片还可以集成多个步骤，如DNA片段连接、文库构建和文库扩增，进一步简化了基因测序的流程。
微流控芯片在基因测序中的应用研究已经取得了显著的成果。
通过提高样品处理的自动化和微型化程度，微流控芯片能够大大提高基因测序的效率和精准性。
此外，微流控芯片还为下一代测序技术的发展提供了强大的支持，加速了基因组学和生物医学领域的研究和应用。
微流控芯片在基因测序中的应用还面临一些挑战。
首先，技术的稳定性和可靠性仍然需要持续改进，以确保测序结果的准确性和一致性。
微流控芯片技术在生物分析中的应用近年来，微流控芯片技术以其独特的优势在生物分析领域得到了广泛的应用。
微流控芯片技术是一种利用微米级通道和微流体控制技术进行精确流体操作的新型技术，其在生物分析中的应用具有许多优势，如高通量、高灵敏度、低成本和快速分析等。
首先，微流控芯片技术在生物分析中的应用可以实现高通量的分析。
传统的生物分析方法需要大量的试剂和样品，而且操作繁琐，分析速度慢。
而微流控芯片技术通过将样品和试剂分别导入微米级通道中，可以同时进行多个实验，大大提高了分析的通量。
此外，微流控芯片技术还可以实现多通道的并行操作，进一步提高了分析的效率。
其次，微流控芯片技术在生物分析中的应用还可以实现高灵敏度的检测。
微流控芯片通道的尺寸非常小，可以达到亚微米级别，这使得微流控芯片可以实现非常低浓度的物质检测。
同时，微流控芯片技术还可以通过控制流体的速度和压力来实现对检测的灵敏度的调节，从而满足不同实验的需求。
此外，微流控芯片技术在生物分析中的应用还具有低成本和快速分析的优势。
传统的生物分析方法需要大量的试剂和仪器设备，成本较高。
而微流控芯片技术可以通过微型化的设计和集成化的制造来降低成本，使得生物分析更加经济实用。
同时，微流控芯片技术还可以实现快速分析，通常只需要几分钟甚至几秒钟就可以完成一次实验，大大提高了分析的速度。
微流控芯片技术在生物分析中的应用非常广泛。
例如，在生物医药领域，微流控芯片技术可以用于药物筛选、疾病诊断和基因检测等方面。
通过微流控芯片技术，可以实现对药物的高通量筛选，快速筛选出具有潜在药效的化合物，为新药的研发提供了有力的支持。
同时，微流控芯片技术还可以实现对疾病标志物的高灵敏度检测，提高了疾病的早期诊断率。
此外，微流控芯片技术还可以用于基因检测，通过对DNA和RNA的分析，可以实现对基因突变和表达水平的检测，为疾病的个体化治疗提供了重要的依据。
在环境监测领域，微流控芯片技术可以用于水质和空气中污染物的检测。
微流控芯片检测技术进展薛 巍 姜 雯 (黑龙江省计量检定测试院,哈尔滨 150036) (国家农业标准化监测与研究中心,哈尔滨 150036)苏荣国(中国海洋大学化学化工学院,青岛 266100) 摘要 介绍了目前微流控芯片应用的3种主要检测手段:质谱检测器、电化学检测器和光学检测器。
微流控芯片是微全分析系统(μ-T A S)中最活跃的领域和发展前沿。
人们在微流控芯片的研究中已经取得了很大的进展,研制出了多种微型化、集成化的芯片,而与微流控芯片配套的高灵敏度微型检测系统更是研制的热点。
关键词 微流控芯片 质谱检测器 电化学检测器 光学检测器 微流控芯片是利用微加工技术在芯片上制做微阀、微通道、微反应器、微传感器、微检测器等功能单元而构成的微型化学系统,在该系统中可完成样品的前处理、化学反应、分离、检测等功能[1,2],集中体现了将分析实验室的功能转移到芯片上的设想。
微流控芯片系统的检测器用来测定被分析物质经微芯片分离或处理后有关成分的组成及其含量,是微流控芯片系统的关键部分,有关检测方法和检测器的研究是微流控芯片领域的主要方向之一[3]。
微流控芯片系统具有试剂消耗量少(其分析试剂进样量仅为纳升级)、效率高(分析检测大多在秒级内完成)、微型化、集成化等特点与之相适应,微流控芯片系统的检测器要求具有灵敏度高、响应速度快、成本低、体积小等特点。
目前,用于微流控芯片系统的检测器基本上可分为3类:质谱检测器、电化学检测器和光学检测器。
1 质谱检测器 质谱检测器是目前分析有机物质最为理想的检测器,分为电喷雾离子化质谱(E S I-M S)和基质辅助激光解析离子化质谱(M A L D I-M S)。
E S I-M S与微流控芯片联用最重要的部分是接口,它是整个装置的关键。
Z h a n g等[4]采用出口直接喷雾型、C h e n等[5]采用外接喷雾毛细管型、L i c k l i d e r 等[6]采用集成化型成功地实现了E S I-M S和微流控芯片的联用。
M A L D I-M S与E S I-M S相比具有不可替代的优点:耐高浓度盐、缓冲剂等非挥发性成分(包括电泳体系需要的硫酸盐、硼酸盐、磷酸盐等);灵敏度高,检测限可达1p m o l,甚至更低;谱图中单电荷、双电荷的分子离子峰很强,便于峰信号重组。
L i u等[7]将M A L D I-M S与微流控芯片联用,实现了寡糖和肽混合物的快速分离检测。
这是一种适用于蛋白质的高通量、高分辨率、快速、在线分析要求的二维技术平台。
但是,现有质谱检测器体积庞大与微流控芯片分析系统不配套,为此,需要对质谱仪器进行微型化改造。
B a d m a n 等[8]研制成功了微型化离子阱芯片质谱仪。
微型化质谱仪的出现,为其在微流控芯片分析系统上的应用开辟了道路。
2 电化学检测器 电化学检测能够满足微流控芯片分析系统微型化、集成化的要求。
在微流控芯片上集成微型电极可以通过光刻等技术完成,因此将电化学检测集成到微流控芯片上已成为目前微流控芯片分析系统最为热门的一个研究方向。
根据电化学检测原理的不同,目前在微流控芯片上采用的电化学检测方法主要有安培检测法、电导检测法和电位检测法。
安培检测法是根据待测物质在恒(或脉冲)电位工作电极上发生电化学反应所产生的氧化电流或还原电流对待测物质进行定量的检测方法,其灵敏度很高,具有一定的选择性。
自W o o l l e y等[9]首次将安培检测法用于微流控芯片上以来,相关报道逐渐增多。
为使安培检测器在微流控电泳芯片上正常工作,必须隔离分离电压以消除其对安培检测系统的干扰,按照隔离方式的不同,安培检测器可分为离柱式和柱端式两种,离柱式就是使分离管末端接地,使电泳电流不通过检测器,实现分离电压的实质性隔离。
R o s s i e r等[10]在微通道的聚对苯二甲酸酯(P E T)薄膜盖板上距检测通道1m m 处,沿通道的轴向制作了一些直径为5μm或10μm的小孔,分离电压通过这些小孔形成电泳回路,实现了安培检测器与分离电场的隔离。
C h e n等[11]也使用离柱式隔离电压的方式,将安培检测器集成到微流控芯片分析系统中。
当分离通道内径很小时,由于分离时电压降大部分发生在分离通道中,分离通道末端处的电压很小,在这种情况下,可采用柱端方式集成安培检测器,从而简化了微芯片系统的加工工艺。
在柱端安培检测系统中,柱后液流与工作电极的对准方式有流经式、流向式和流通式[12]。
电导检测是根据带电组分对溶液电导率的贡献而进行检测的,理论上离子型组分均可进行电导检测。
微流控芯片分析系统中的电导检测可分为接触式[13,14]和非接触式[15]。
其中非接触式电导检测器制作简单,性能稳定,颇具发展前途。
与安培检测和电导检测相比,电位检测器在微流控芯片系统中的应用要少得多。
T a n t r a等[16]将芯片流通池与B a2+离子选择性微电极集成到一起,用于电位检测,该检测 收稿日期:2007-03-1977薛巍,等:微流控芯片检测技术进展器在1×10-6～1×10-1m o l /L 浓度范围内对B a 2+呈线性响应,B a 2+浓度在1×10-4～1×10-1m o l /L 范围内时,检测信号在数秒内即可稳定(试样流速为1μL /m i n )。
4 光学检测器 光学检测是目前微流控芯片系统使用最多的检测方法,分为荧光检测、吸光检测、化学发光检测、激光热透镜检测等。
目前,在微流控芯片系统中应用的荧光检测法主要是激光诱导荧光(L I F )检测法,它是目前微流控芯片系统中最常用的检测方法,具有很高的灵敏度、良好的选择性和较宽的线性范围。
L I F 检测器是目前商品化微流控芯片分析系统唯一被采用的检测器。
L I F 检测系统可分为普通激光器和半导体二极管激光器,H a d d [17]、C h o [18]以及O c v i r k [19]等都进行了将L I F 检测器与微流控芯片联用的研究。
P h i l l i p p [20]等报道了利用N d :Y A G (峰值波长为266n m )为光源,在硅芯片上对低浓度小分子量芳香族化合物及鸡蛋白蛋白质进行的一系列实验,证实这是一种应用范围广泛的检测技术。
但是L I F 检测器本身体积比较大,光学系统复杂,价格昂贵,与微流控芯片分析系统的特点不相适应。
因此,体积小、廉价的半导体发光二极管(L E D )引起了人们注意,虽然其发光强度、光谱纯度、聚光性等方面不及半导体二极管激光器,但可以简化检测系统的结构,降低微芯片系统的制造成本。
W e b s t e r 等[21]报道了集成在芯片上的L E D 荧光检测技术,通过光刻和蚀刻加工技术,在硅片上制做了硅光电二极管和光学干涉滤光器,并在上面制做了金电极及聚对二甲苯材料电泳通道以构成完整的芯片电泳系统,该系统对Y O Y O-1标记的D N A 片段的检测限达到了7.5×10-11g 。
C h a b i n y c 等[22]用浇铸的方法制做带有通道的聚二甲基硅氧烷(P D M S )芯片上半部分,并在靠近分离通道的边缘固定了芯径100μm 的多模光纤,用80μm 厚度的P D M S 膜覆盖该结构的底部,在另一P D M S 的基片中预埋微型雪崩光电二极管,上面覆盖一层滤光膜形成芯片下部结构,然后将这两部分结构封接成完整的芯片,对荧光素的检测限达到25n m o l /L 。
吸光光度检测是一种通用的光学检测方法,吸光光度检测具有可测定的物质种类多、结构较简单的优点。
但由于微流控芯片检测体积小,吸收光程短,导致检测的相对灵敏度低,其应用受到很大限制。
但是通过增加检测池的吸收光程,可以使其灵敏度有所提高。
L i a n g 等[23]在玻璃芯片上制做了一种U 形结构的流通检测池,并在流通检测池的轴向制作了用于与单模光纤进行光耦合的光纤耦合通道,采用了与通道液流方向一致的纵向吸收方式,有效吸收光程提高了10倍,达到120μm ,对异硫氰酸荧光黄的检测限达到6μm o l /L 。
M u e l l e r 等[24]在玻璃芯片上制做了光的多重反射吸收池,使入射光以合适的角度进入检测通道,并在通道内进行多次反射以增加有效的吸收光程,提高检测的灵敏度,该系统对溴甲蓝的检测限为5μm o l /L 。
C o l l i n s 等[25]利用红色半导体二极管(峰值波长为660n m )为光源、光电二极管阵列为光接收器构成了简单的准双光路吸收光度检测器。
入射光源照射到芯片通道的检测点和邻近区域,透射光经目镜聚焦,用光电二极管阵列进行检测。
光电二极管阵列的一个阵列单元检测经试样吸收后的光强度,另一个阵列单元检测靠近通道部分的芯片材料的透射光强度作为参比,交替测量样品信号和参比信号,并用差分处理电路提取两者的差值作为吸收光度信号,用该系统对U (Ⅵ)的检测限达到23μg /L 。
化学发光是在一些特殊的化学反应中,基态分子吸收反应中释放的化学能跃迁至激发态,处在激发态的分子以光辐射的形式将能量释放而返回基态,产生化学发光。
化学发光检测法是通过检测化学发光的强度来测定被测物质的含量。
化学发光检测具有很高的灵敏度,且不需要光源,仪器设备简单,易于集成化,是微流控芯片分析系统理想的检测方法之一。
M a n g r u 等[26]首次将化学发光检测集成到微电泳芯片上,采用Y 型通道,利用辣根过氧化氢酶(H R P )催化鲁米诺和过氧化氢的化学发光反应,通过测定H R P 标记的羊抗-鼠免疫球蛋白G (I g G )间接测定了鼠I g G 。
黄晓晶等[27]采用H 型通道电泳芯片结合流动注射,化学发光试剂(鲁米诺-过氧化氢)通过检测池的底部进入,与从分离通道中迁移过来的样品(金属离子)相遇,反应发光,发出的光由光纤收集并传递给光电倍增管,对C o (Ⅱ)和C u (Ⅱ)的检测限分别达到1.25×10-8m o l /L 和2.3×10-6m o l /L 。
N a k a m u r a 等[28]在硅片上制做了反应室、混合室和螺旋形通道,底部用玻璃封合,并在反应室中填入固定了乳酸氧化酶(L O D )的玻璃微粒,构成了集L O D 反应器、混合池、螺旋形发光检测池为一体的集成微芯片分析系统,如图1所示。
1—化学发光检测区;2—L O D 反应室;3—混合室图1 集成反应器、混合池、螺旋形发光检测池的微流控芯片 一个光电二极管直接固定于该芯片的螺旋形发光检测池的下方,与流动注射联用,乳酸与O 2产生过氧化氢的乳酸氧化酶催化反应在反应室中进行,而过氧化氢与鲁米诺/铁氰化钾的化学发光反应在混合池内完成,解决了乳酸氧化酶反应和化学发光反应所需酸度不同的问题。
