图解微流控芯片实验室..90页PPT

高效便捷的操作
• 荧光+微流控技术 • 支持全血样本 • 4~10分钟完成检测 • 美国原产试剂
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准确可靠的结果
• 结果与大型免疫测试
仪一致（如西门子、 贝克曼）
• mLabs®检测仪总体精 密度CV<10%；
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BBNNBPPNBBNPNBPPNBBPNNBPPNP
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mLabs微流控芯片的性能表现
• 精确控制(在CUTOFF时的CV为8%) • 提高检测速度（4~8分钟） • 适应不同的样品和试剂（成品率高) • 提供一个更好的参数控制反应（反应模型可设计） • 宽动态范围（pg/ml-μg/ml ）
原来，在这种水母的体内有一种叫水母素的物质，在与钙离子结 合时会发出蓝光，而这道蓝光未经人所见就已被一种蛋白质吸收， 改发绿色的荧光。这种捕获蓝光并发出绿光的蛋白质，就是绿色 荧光蛋白。
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高效便捷的操作
• 德国设计 • 触摸屏设计 • 全中文界面
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性聚合物。
Applied Physics Letters, 2002, 80, 3614-3616
Schematic representation of the
fabrication
method
involving
hotembossing of thermoplastic polymer
在两块玻璃板尚未键合时板间空气间隙承担了大部分电压降玻璃板可视为平行板电容器板间吸引力与电场强度的平方成正比因此键合从两块玻璃中那些最接近的点开始下板中可移动的正电荷主要是na与上板中的负电荷中和生成一层氧化物正是这层过渡层使两块玻璃板封接该点完成键合后周围的空气间隙相应变薄电场力增大从而键合扩散开来直至整块密合
现代科学仪器，2001，4，8-12
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芯片的封装
2．阳极键合
在玻璃、石英与硅片的封接中已广泛采用阳极键合的方法。 即在键合过程中，施加电场，使键合温度低于软化点温度。
在500-760伏电场下，升温到500oC时，可使两块玻璃片 键合。在两块玻璃板尚未键合时，板间空气间隙承担了大部分 电压降，玻璃板可视为平行板电容器，板间吸引力与电场强度 的平方成正比，因此，键合从两块玻璃中那些最接近的点开始， 下板中可移动的正电荷（主要是Na+）与上板中的负电荷中和， 生成一层氧化物（正是这层过渡层，使两块玻璃板封接），该 点完成键合后，周围的空气间隙相应变薄，电场力增大，从而 键合扩散开来，直至整块密合。
3
生物医学领域：可以使珍贵的生物样品和试 剂消耗降低到微升甚至纳升级，而且分析速 度成倍提高，成本成倍下降
化学领域：它可以使以前需要在一个大实验 室花大量样品、试剂和很多时间才能完成的 分析和合成，将在一块小的芯片上花很少量 样品和试剂以很短的时间同时完成大量实验

Contents
ABSTRACT Background Experiment Discussion
ABSTRACT
Microdroplets offer unique compartments for accommodating a large number of chemical and biological reactions in tiny volume with precise control. A major concern in droplet-based microfluidics is the difficulty to address droplets individually and achieve high throughput at the same time.
❖The hybrid droplet device for generation and manipulation consists of four major components .
❖(a) manipulator ❖(b)multiwell plate ❖(c) capillary ❖(d) PDMS chip
Innovate
❖This context shows a hybrid device :the cartridge droplet generation technique combined with a microfluidic chip.
❖They improved the cartridge technique with a novel movement scheme: the capillary, instead of the multiwell plate,was moved by a digital and automatic manipulator to aspirate different samples or the covering oil.

The capillary aspirates the oil when the cantilever remains in the “ up” state. When the cantilever is triggered to stay in the “down ” state, the capillary aspirates the sample. The residence time in the oil ( TO ) and sample (TS ) could be adjusted respectively to generate droplets with desired distance and volume.
LOGO
Multiple and High-Throughput Droplet Reactions via Combination of Microsampling Technique and Microfluidic Chip
Members: 李娜 冯双霞 徐秋燕 刘婷婷 聂怀军
themegallery
Microfluidic chips have provided a powerful platform for accomplishing droplet formation and manipulation within one chip of only a few square centimeters in size.
Combined Droplet Device Perfoபைடு நூலகம்mance
Here, the merging of droplets was demonstrated in a PDMS chip. The droplets fusion does not depend on droplet distance but droplet velocity and Vd/Vc.

绝缘性以避免被高压击穿。散热性能好的材料有利于焦耳
热的散发。随着微通道和微结构的尺寸下降，焦耳热散发
能力随之增加，因此有机聚合物的导热能力在微尺度时重
要性也降低。芯片中的化学反应需要在高温下进行时，就
必须考虑芯片材料的耐热性，如PCR扩增用微流控芯片的
材料要能承受DNA片段变性时所需的95℃高温。
2021
微流控芯片相关制备技术
孙
珊
2012.05.08
2021
1
芯片是微流控芯片实验室的核心， 微流控芯片的研究涉及芯片的材料、尺 寸、设计、加工和表面修饰等。了解芯 片制备的全过程，体会芯片设计的重要 性，是微流控芯片研究工作的基础。未 来芯片实验室领域的竞争首先将是芯片 设计和制造的竞争。
2021
2
Contents
2021
10
在所采用的分析条件下材料应是惰性的
有机聚合物能溶于某些有机溶剂中，例如聚甲基丙烯 酸甲酯（PMMA）的微结构在乙腈中会发生溶胀、塌陷甚 至堵塞等现象，而它对高浓度的甲醇则是惰性的。因此选 择聚合物材料时要考虑芯片材料和可能使用的有机溶剂间 的相容性。
材料应有良好电绝缘性和热性能
微芯片在分析时如用到电泳分离，材料应有良好的电
2021
21
掩模制备
通常的用于微电子行业的掩膜材料有镀 铬玻璃板或镀铬石英板，在它们表面均匀地 涂上一层对光敏感的光胶。用计算机制图软 件绘制微流控芯片的设计图形，再通过专用 的接口电路控制图形发生器进行光刻，可在 掩膜材料上得到所需的图形。图形发生器相 当于一架特殊的照相机。与一般照相机不同 的是这种照相机并不是由外界物体的光线通 过物镜在底片上成像，而是接受来自计算机 的输入数据成像。

在两块玻璃板尚未键合时板间空气间隙承担了大部分电压降玻璃板可视为平行板电容器板间吸引力与电场强度的平方成正比因此键合从两块玻璃中那些最接近的点开始下板中可移动的正电荷主要是na与上板中的负电荷中和生成一层氧化物正是这层过渡层使两块玻璃板封接该点完成键合后周围的空气间隙相应变薄电场力增大从而键合扩散开来直至整块密合
第13页/共70页
• The concept of "miniaturized total chemical analysis system" or TAS was proposed by Manz et al.
• the main reason for miniaturization was therefore to enhance the analytical performance of the device rather than to reduce its size.
微流控芯片
• Micro Total Analysis System
(MicroTAS, TAS)
微全分析系统
第3页/共70页
Why miniaturization？
Research into miniaturization is primarily driven by the need to reduce costs by reducing the consumption of expensive reagents and by increasing throughput and automation.
• A novel concept of high pressure liquid chromatog.
• a silicon chip with an open-tubular column and a conductometric detector.

High-Throughput Droplet Screening
The 36 pairs of droplet reactions used ∼ 72 nL of solution and required 1.8 min to complete. Therefore, the reagent consumption for each measurement could be reduced to 1 nL per sample, and the reaction throughput is 1200 h−1, which can be much faster by increasing the flow velocity. The screening droplets could be stored in the PDMS chip after we stopped the vacuum.
The capillary aspirates the oil when the cantilever remains in the “ up” state. When the cantilever is triggered to stay in the “down ” state, the capillary aspirates the sample. The residence time in the oil ( TO ) and sample (TS ) could be adjusted respectively to generate droplets with desired distance and volume.

Improved Sampling Technique
Combined Droplet Device Performance High-Throughput Droplet Screening

精选课件
14
08 微流控芯片相关企业
国内企业
目前，国内也涌现了大量初创微流控企业，主要集中分布在北上深及其周边地区，企业类型 分为芯片设计制造、分子诊断、细胞检测、免疫诊断、生化检测以及综合性企业，其中上市 公司也有近十家，但是国内微流控企业真正商业化的产品还屈指可数，与国外企业在微流控 产品商业化上仍有较大差距。
精选课件
PDMS芯片
玻璃芯片
8
07 微流控芯片的应用
历经二十多年的研究与发展，如今微流控芯片的含义已越来越丰富，其应用领域也从分析化
学平台扩展至医学研究、药物合成筛选、环境监测与保护、卫生检疫、司法鉴定、生物试剂
的检测、微化工等众多新领域。
分子诊断
医学研究
药物合成
蛋白质晶型筛选
微流控芯片
3D打印
9
4
精选课件
05 微流控芯片的分类
按应用领域
1.环境分析与监测类芯片
空气质量检测芯片
水质实时监测芯片
2.细胞培养与研究类芯片
重金属监测类芯片
有毒有害化合物类
细胞层受创愈合研究芯片
精选课件
细胞相互作用研究
流式细胞计数芯片
细胞常规培养芯片
5
05 微流控芯片的分类
按应用领域
3.化学分析类微流控芯片
芯片毛细管电泳类
微化工
传统化工过程中的“三传一反”在微尺度下可得到强化，基于微流控技术发展起来的微化工 ，可实现化工过程“更好”、“更快”、“更安全环保”、“更经济”的优势，有望解决传 统化工存在的设备投资大、运行和维护成本高、过程能耗、安全系数高等问题。
“更好”
“更快”
高收率 更好的选择性
高时空收率 高生产能力

操作程序简述
不同功能的微流控芯片的制作 样品处理 利用不同的方法如微过滤或双向电泳分离细胞、DNA等样品； 生物化学反应 依照微流控芯片的功能类型，在控制温度的微量反应池中进行PCR扩增DNA、酶反应或免疫反应； 结果检测 经芯片杂交后，检测激光激发的荧光信号或酶的显色反应。
芯片实验室应用和发展
信号采集的控制与检测
光学检测法：激光诱导荧光，化学发光和紫外吸收等光学检测器至今仍是主流检测手段。 激光诱导荧光是目前最灵敏的检测方法之一。微流控的主要研究对象核酸、蛋白质、氨基酸等可以通过荧光标记进行检测，因此，激光诱导荧光监测器是一种应用最早，并且至今仍沿用的光学检测器。 其他检测方法还有电化学的检测，质谱检测，光谱检测以及一些基于生物反应器的检测。
separation
buffer
1-3ｈ
Gel electrophoresis
Connector made for PCR application, the complete PCR is done in the chip and connector:
微流控芯片与微阵列芯片有显著的不同，它主要依托分析化学和生物学，芯片的构造为微管道网络结构，通过微管道中的流体控制来实现分离和分析的目的，一张芯片可重复使用数十至数千次；而微阵列芯片主要依托生物学，通过生物分子之间的杂交实现检测的目的，一张芯片一般只使用一次。
进样及样品前处理
微流控芯片分析系统的尺寸微小，内部进行的是体积在皮升至纳升级的操作，与其联系的外部分析对象或样品储存系统则通常是体积在微升、毫升以上。这种微观系统和宏观系统的衔接决定了微流控芯片系统样品引入的特殊性。
液态样品进样方式取决于其样品源的内置与外置。一般都采用样品源内置的方法，即芯片上有一个储液池来容纳样品源，因其与微通道直接相连，进样时只需要对样品施加压力或电动力即可，进样相对简单；而外置的样品源则需要导管，并要求导管与芯片接口嵌合极佳，一般较难实现。固态样品需进行流体化后才能进样。细胞样品通常采用低压驱动以防止细胞破裂。

Aggressive Droplet Reaction
From these images, we found that the coprecipitation is so fast that it immediately forms particles when two droplets come into contact with each other. Moreover,
Improved Sampling Technique
Combined Droplet Device Performance High-Throughput Droplet Screening
Aggressive Droplet Reaction
Improved Sampling Technique
by a long, winding channel.
Drawback
Droplet generation for multiple samples is limited by the “world-to-chip” interface problem and cannot be addressed individually
Here, we have combined an improved cartridge sampling technique with a microfluidic chip to perform droplet screenings and aggressive reaction with reagent consumption. Our combined device provides a simple model to utilize multiple droplets for various reactions with low reagent consumption and high throughput.