致动器的功能：提供驱动液流的动力。
泵膜：泵膜可往复运动，是一种可活动的机械部件 。 单向阀：保证微泵驱动液流操作的连续性和定向性 。
致动器产生的动力作用于泵膜，使其发生形变 或位移，以驱动泵膜内的液体。致动力的循环往复 变化引气泵膜的往复运动，配合两单向阀的限流作 用，形成单向连续流动的液流。
学习改变命运,知 识创造未来
门式进样法在注样-分离分析阶段，试样通道和 分析通道内液流可同时保持连续流动的状态，其优 点是便于换样和操作。可在分离分析的同时进行换 样操作。
学习改变命运,知 识创造未来
中国科技大学7环境监测新技术导论
2. 微流体的混合系统： 分流型混合器 夹层结构（玻璃/硅/玻璃）
•A、B溶液
• 玻璃
•硅 片•玻 璃
学习改变命运,知 识创造未来
中国科技大学7环境监测新技术导论
（2）门式进样法
•S
•B
•W
•D
• 充样
•B
•S
•B
•W
•S
•D
•换样
•W
学习改变命运,知 识创造未来
•D •注样
中国科技大学7环境监测新技术导论
这种进样方法是在充样阶段，采用分流的方法 分出一部分试样液流进入分离分析通道，通过控制 充样电压和时间可以控制进样量。
学习改变命运,知 识创造未来
中国科技大学7环境监测新技术导论
Si–O–H····H–O–Si Si–O–Si +H2O
这样，两块硅片就可牢固的贴合在一块了。 硅片表面的洁净度是能否成功键合的关键。
学习改变命运,知 识创造未来
中国科技大学7环境监测新技术导论
§2 、微流控分析系统中微流体 的驱动与控制
μ-TAS 的目标是把整个化验室的功能包括采样 、
稀释、加试剂、反应、分离、检测等集成到微芯片
上，因此，有芯片实验室的叫法，最终实现分析实 验室的“个人化”、“家用化”。
学习改变命运,知 识创造未来
中国科技大学7环境监测新技术导论
§1 微流控分析芯片的结构与制作
一、微流控芯片的结构特点
1. 是一种以微通道为网络，将微泵、微阀、微
学习改变命运,知 识创造未来
中国科技大学7环境监测新技术导论
•A •B
学习改变命运,知 识创造未来
•分流型混合器
中国科技大学7环境监测新技术导论
该方法的基本原理是：因扩散时间与扩散距离 的平方成正比，通过将液流分成多个薄层液流，可 缩短液流间的扩散距离，显著降低混合时间。理论 上，将液流分为n个分支薄层液流，将使混合时间 加快n2倍。
学习改变命运,知 识创造未来
中国科技大学7环境监测新技术导论
二、微流体的进样与混合系统
1. 进样系统： 将一段试样以塞流形式注射到分离分析通道。 进样方法：基于时间和基于体积的进样方法。 进样过程：充样和注样
学习改变命运,知 识创造未来
中国科技大学7环境监测新技术导论
基于时间的进样方法 a). “T”形通道进样法：
本系统的优点是：混合器死体积小，内部通道 仅有600nl,混合效率高，速度快，可在微小体积内 以毫秒级的时间完成混合（在15ms内达到95%的 混合）。两液流流速和流速比范围比较广，分别
•S
•S
•B
•D
•B
•D
•充样
•注样
•B •缓冲溶液 •S •试样
•D •分离分析通
道
学习改变命运,知 识创造未来
中国科技大学7环境监测新技术导论
以电动注样的方式向分析通道注入一定 体积的试样，试样体积由注样电压（流速） 和注样时间来确定。
优点：流路设计和操作简单，注样体积灵活 可调，可引入比较大量的试样，但换样不方 便。
中国科技大学7环境监测 新技术导论
学习改变命运,知 识创造未来
2021年3月5日星期五
微流控分析芯片的提出与发展主要来自 于环境及材料科学发展中对更多、更准、更 快的获取物质成分信息的需要。这种芯片就 是采用微细加工技术，将微通道、微阀、微 泵、微储液器、微电极、微检测器、窗口和 连接器等功能元件集成在芯片上而构成的微 型全分析系统（μ-TAS）。
一、微流体驱动系统
驱动系统主要由机械微泵或非机械微泵组成， 目前在微分析系统中，以往复式机械微泵最为常见 ，结构如下：
学习改变命运,知 识创造未来
中国科技大学7环境监测新技术导论
Байду номын сангаас
•液体流入
•泵 膜
•致动 •单向阀 •器泵 腔
•单向 阀
•液体流出
•驱动系统示意图
学习改变命运,知 识创造未来
中国科技大学7环境监测新技术导论
热键合：硅片与硅片之间的热键合称为硅熔键合 。
将硅片放在硫酸溶液中清洗干净，再用盐酸除去 表面的有机物和金属污染物。然后将硅片浸泡在约
100℃的氢氧化铵溶液中，使表面通过水化反应增
加OH基，通过范德华力的作用可使处理后的硅片 紧密的贴合在一起。
将贴合在一起的硅片放在高温炉中加热到800 ～1000℃退火，界面上发生如下反应。
学习改变命运,知 识创造未来
•薄膜作为牺牲层保护基片表面，对于玻璃牺牲层用Cr,而硅片则用SiO2。
中国科技大学7环境监测新技术导论
2. 芯片钻孔
在通道的端头打一小孔，以便流体通过小孔进入 通道网络。
学习改变命运,知 识创造未来
中国科技大学7环境监测新技术导论
3. 键合 ：
键合方法： 热键合、阳极键合、粘合、低温键合 等。
中国科技大学7环境监测新技术导论
对驱动系统的要求： 1.体积应尽可能小，易与芯片上其他系统实
现集成化。 2. 流速: 流速范围大，流速的重现性好，流
速的脉动性小。 3.泵压：对不同系统有不同的要求，如在芯
片毛细管电泳分离系统中，泵压需在3～ 10MPa之间，流速在50nL/min～50µL/min 范围。
有机化合物如环氧树脂等。加工技术除微机电加工 外，还有模塑法、热压法、激光烧蚀法等。
二、芯片的制作方法
1. 光刻和蚀刻
学习改变命运,知 识创造未来
中国科技大学7环境监测新技术导论
• 光刻和蚀刻技术由薄膜沉积、光刻和蚀刻三个工序组成， 可表示如下:
•基片 •光刻
•基片
•光胶层 •薄膜
•基 片•蚀刻
储液器、微电极、微检测器连接在一起而组成的集 成系统。对加入微通道中的流体进行控制与分离测 定，以完成多种分析功能，如采样、稀释、加试 剂、反应、分离检测等。
2. 面积约为几个cm2 . 3. 微管道宽度与深度为µm级。 4. 所用材料除硅片、石英、玻璃外，还可是
学习改变命运,知 识创造未来
中国科技大学7环境监测新技术导论