所需样品微量，适合高通量筛选反应和某些样品来源有限 的反应
2）样品无扩散
3）反应条件稳定
除了消除样品分子的扩散之外，水分子的蒸发也因油相的 包围而受到抑制，液滴内的反应条件几乎不受外界影响
4）样品间的交叉污染得以避免
5）混合迅速
液滴在通道中运动时，在液滴内部将以运动方向为 轴，形成两个循环回流。
固相萃取富集
定胰 化蛋
体定 柱化
蛋 白
多孔膜富集 胰 白
胰酶
纳米通道富集 蛋 酶 白
蛋 白
在线衍生
酶
酶
蛋白质衍生 柱后衍生
蛋白质酶解
固定化酶反应器
2）蛋白质分离
芯片电泳
芯片区带电泳分离
蛋
白
质
芯片色谱
分
离
芯片筛分电泳分离
芯片二维分离
3、在离子和小分子研究中的应用
1）离子分离 微流控芯片离子分离分析现阶段多以芯片电泳为 分离手段，以电化学检测作为主要检测方式。
包括电渗控制和微阀控制。
微阀控制
特征：低泄露、低功耗、速度快、线 性范围广、适应面广。
举例：双晶片单向阀
原理图
六、进样和样品预处理技术
1、芯片实验室各种进样方式一览
A、简单进样
B、悬浮进样
C、压缩进样
D、门进样
2、样品预处理
七、微混合和微反应技术
1、微混合
由于一般微流控装置流体状态以层流为主，
微反应器分类
微型生物反应器主要的应用对象有：聚合 酶链反应（PCR）、免疫反应、各类酶反 应及DNA杂交反应等
八、微分离技术
早期的微流控芯片，在某种意义上说就
是一种微分离器件，电泳是芯片微分离中
采用最普遍的一种形式
自由溶液区带芯片电泳
自由溶液区带电泳是在开关通道中直接
利用物质的质荷比差异实现分离的一种电
胶束电动芯片色谱
在含有胶束的缓冲溶液中，实际上存在 着类似于色谱的两相，一是流动的水相， 另一相是起到固定作用的胶束相，溶质在 两相之间分配，由其在胶束中不同的保留 能力而产生不同的保留值。
芯片自由流电泳
自由流电泳是指在样品随缓冲液连续流动的正交 方向加一直流电场，使被分离物质在流动的同时 顺电场方向作电迁移，按电泳倘度大小分离，并 在流体末端被接取的一种技术(图7-22 )。其分离 度取决于流体向下流动的速度和电场的大小。
电渗流测定（可反映表面的电荷情况）
五、微流体驱动与控制技术
1、常见流体驱动技术分类
机械驱动包括：离心力驱动，气动微泵驱动，压电微泵驱 动。
PDMS气动微泵驱动
常规状态下，阀门敞开 施加动力鼓入空气，薄 膜在气体压力下发生形 变，堵塞通道。撤销压 力，恢复原状。三个阀 依次如图顺序开启闭合 便可驱动流体流动。
十、检测技术
1、微流控芯片对检测器的特殊要求
灵敏度高 响应速度快 体积小
2、激光诱导荧光检测
基本原理
优点：是最灵敏的检测方法之一，其检测 限可达到10-9~10-13mol/L，对于某些高荧 光产率的物质甚至可以达到单分子检测。
缺点：分析物需要具有荧光或含有可通过 衍生反应得到荧光信号的官能团；荧光标 记有可能会造成分析物质生化学活性的改 变，影响结果的可信度
因此微流控的微混合主要依靠扩散
提高层流条件下混合效率的主要原则为：
拉伸或折叠流体以增大流体的接触面积；
利用分散混合设计，通过管路几何交叉设 计将大的液流拆分并重新组合，从而减小 液流厚度，实现更有效混合。
微混合器的分类汇总
2、微反应和微反应器
微反应技术是一种将微结构内在的优势 应用到反应过程的技术，体现这种技术的 设备或器件被称为微反应器。微反应器是 一种单元反应界面尺度为微米量级的微型 反应器。
优势：灵敏度高，选择性好，装置简单， 成本低，可以与微加工技术兼容，具有微 型化和集成化的前景。
劣势：被检测物质需要有电化学活性(安培 检测)，重现性较差。
十一、微流控芯片的应用
1、在核酸研究中的应用
核酸研究的技术如DNA萃取/纯化、PCR扩 增、分子杂交、电泳分离和检测等都可以 在微流控芯片上实现。
介电电泳
电中性颗粒被放置于非均匀电场下时， 会产生诱导极化并与电场相互作用而产生 介电泳动现象
九、液滴技术
1、液滴的形成
水溶液和油同时从不同的微通道中流出， 当通道疏水时，油浸润通道，包裹水溶液 形成油包水（W/O）型液滴；若通道亲水， 过程相反，形成水包油（O/W）型液滴。
2、液滴的优点
1）体积小
2）PDMS
a、本体掺杂：在预聚体中引入特殊性质分子
b、共价偶联：利用等离子体、紫外、臭氧等物理方法完成如下反应
c、聚合诱导接：
d、吸附-交联：
5、表面改性的表征技术
表面红外漫反射吸收光谱（可以快速测量表面化学组
成变化）
原子力显微镜（直接观察表面分子，考察表面欧联的聚合物
分子层状况）
荧光照片（可测试表面连接聚合物涂层对表面蛋白的吸附情况）
2）液滴的融合和分裂
A、液滴融合 两种液滴融合的思路：现在芯片的不同位 置平行的形成不同的液滴，控制好各液滴 生成的速度，在芯片特定的位置汇合，在 表面张力或静电力的作用下，两液滴融合。
B、液滴的分裂
液滴分裂主要依靠通道结构实现
5、液滴的应用
随着液滴技术的发展成熟，对液滴的研 究逐步转向应用，比较成功的例子包括： 蛋白质结晶研究、酶分析、细胞分析、材 料制备和复杂过程模拟等。
图解微流控芯片实验室
---------读书报告
内容提要
绪论 芯片材料与制作技术 表面改性技术 微流体驱动与控制技术 进样与预处理 微混合与微反应 微分离技术 液滴技术 检测技术 应用
核心技术
一、认识微流控芯片实验室
1、什么是微流控芯片实验室
微流控芯片实验室又叫微流控芯片或芯片 实验室。
电渗驱动：优势：构架简单、操作方便、流行扁平、无脉动等。 劣势：易受外加电场强度、通道表面、微流体性质
及传热效率等因素影响，稳定性相对较差。
2、微流体控制
微流体控制是微流控芯片实验室的操作核 心，在微流控芯片实验室所涉及的进样、 混合、反应、分离、检测等过程都是在可 控流体的运动中完成的。微流体控制主要
2、芯片的制作
玻璃等芯片制作的主要步骤包括：涂胶、 曝光、显影、腐蚀和去胶。
高分子聚合物芯片的制作技术主要包括热 压法、模塑法、注塑法、激光烧蚀法、 LIGA法和软刻蚀法等。
四、表面改性技术
1、为什么要表面改性
微流控芯片中比表面积大，表面效应显著， 表面重要性被强化。
微流控芯片材质多样，增加了芯片表面的 复杂性。
离子分离模式包括：区带电泳、等速电泳、等速 电泳-区带电泳、离子色谱。
2）手性分子
A、手性拆分 目前在微流控芯片上有所尝试的拆分方法 有：酶法拆分、色谱拆分、电泳法拆分， 其中电泳法是采用最多的一种方法，就拆 分方式而言，以直接法居多。
B、手性合成
微流控芯片进行手性合成的研究处于研究 阶段 ，报道较少但前景光明。
3、质谱检测
优势：能够提供试样组分中生物大分子的 基本结构和定量信息。在涉及蛋白质组学 研究中有难以替代的作用。
劣势：现行仪器体积庞大，价格昂贵，不 符合芯片微型化的特点，只能用于芯片外 检侧;芯片同质潜的接口仍然是发展的重点 与难点
4、电化学检测
电化学检测是通过电极将溶液中的待测 物的化学信号转变为电信号以实现对待测 组分检测的分析方法。微流控芯片电化学 检测可分为安培法、电导法和电势法。
C、手性合成-手性拆分集成
手性合成与手性拆分集成使反应和评估系统 处于同一量级，具有发展高通量的潜力， 目前已报道的集成模式有游离酶水相反应 与区带电泳手性拆分的集成。
4、代谢物
代谢物分析能够帮助人们更好的理解病 变过程及机体内物质的代谢途径，在药物 开发，疾病诊断与预防等有重要的指导意 义。
泳模式，它也是各种电泳分离中最基本的 一种，影响因素相对较少，容易在芯片上 实现。
介质筛分芯片电泳
筛分电泳是利用生物大分子和筛分介质(高 分子溶胶或凝胶)之间的动态交缠作用，把被
分离物质按照分子质量大小分开的一
种技术，它是传统的平板电泳和毛细管电泳 中研究最多，应用最广的一种电泳分离模式
电色谱
基于被分离物荷质比差异的自由溶液区带电泳分 离，对一些强疏水物质不是很有效。这就需要在 电泳过程中引入色谱分配的概念，利用不同组分 分配系数的差异强化分离。芯片电动色谱就是芯 片电泳和液相色谱在某种程度的结合，充分利用 了MEMS技术的高精确度、设计灵活等优势，突 破了某些传统电色谱加工模式的束缚，以电渗驱 动代替压力驱动。芯片电色谱有几种基本模式:开 管电色谱 ,填充电色谱和整体电色谱。
微流控芯片中的芯片分离、反应和细胞培 养等单元技术对表面性质的需求不同。
2、改性目的
减小表面非特异性作用 增强表面特异性作用 提高表面稳定性
3、表面改性的方法分类
4、不同材质芯片的改性方法分类
1）玻璃、石英
动态改性 静电引力
静态改性
硅烷化反应
聚丙烯酰胺
常用于核酸、蛋白质电泳
聚乙烯醇
常用于小分子快速分析
电渗流速计算公式
V=/4
ζ 是zeta电势，ε 是介电常数，Φ 是外电场， μ 是流体粘度
电渗驱动的特点：
流速大小可由外电场线性调节 外加电场电极可以集成在芯片上，从而缩
小了芯片流体驱动系统体积 各种芯片材料都可以诱导电渗流 流体前沿为扁平状
三、芯片材料和芯片制作技术
1、制作材料
常用的芯片材料有单晶硅片、石英、玻璃 和有机聚合物如PMMA、PDMS、PC以及 水凝胶，他们具有良好的生化相容性、光 学性能，其表面具有良好的可修饰性。下 表为常见芯片制作材料的基本性能。