文档介绍：第二十一章 微流控分析芯片
定义与发展过程
特点与前景
第一节概述
Microfluidic analysis chips
Generalization
2017/11/11
概述
目标: 分析仪器及系统
微型化、集成化、自动化、便携化
微流控分析芯片则是实现这一整体目标的成功尝试。
分析化学学科最活跃的领域和发展前沿。
“芯片实验室”
“个人化”、“家用化”
流动注射分析: 烦琐的、手工操作的化学分析过程自动化的成功实现.
微流控分析芯片:
以微通道网络为结构特征,以微流体的操纵和控制为核心,
并将整个分析化验实验室的功能:采样、稀释、加试剂、混合、反应、分离及检测等集成在方寸大小的微芯片上,
以完成某一分析测试任务,实现分析全过程的微型化、集成化、自动化、便携化的一种分析技术。
发展过程:
1990年,Manz和Widmer:提出μTAS)。
1992年,Manz与Harrison:展示巨大发展潜力。
1994年,美国橡树岭国家实验室的工作,引起了更广泛的关注。
首届μTAS会议在荷兰举行,推广作用。
1995年之后,美国大学一系列研究:发展。
2001年在美国:第五届μTAS会议。
英国皇家化学会主编:“Lab-on-a-chip”期刊,
“芯片实验室”(Lab-on-a-chip,LOC) 被广泛接受。
争论与发展:
1990年,瑞士Ciba-Geigy公司 Manz和Widmer:提出了“微型全分析系统”(micrototal analysis systems, μTAS)。
“流动注射光度测定分析系统”多层单晶芯片结构的μTAS装置。
开创了微流控分析芯片研究的先河。
新技术的争论!
论文: “用单晶硅与玻璃微加工的化学分析系统——通向下世纪的技术,还是仅仅一时的狂热?”
争论与发展:
1992年,Manz与Harrison:
微加工芯片上完成毛细管电泳分离的论文,展示了μTAS的巨大发展潜力。
1994年始,美国橡树岭国家实验室以Ramsey:
发表了一系列研究论文,改进了芯片毛细管电泳的进样方法,提高了其性能和实用性,引起了更广泛的关注。
同年,首届μTAS会议在荷兰恩舍得(Enchede)举行,起到了推广μTAS的作用。
争论与发展:
1995年,美国哈佛大学的whitesides 报道了一系列与微流控芯片加工有关的新技术;
1996年,美国加州大学的Mathies,微流控芯片多通道毛细管电泳DNA测序,为基因分析中的实际应用提供了重要基础。
1999年出现了首个商品化的微流控芯片,目前已有十多种商品化微流控芯片。
2001年美国第五届μTAS会议。
英国皇家化学会主编:“Lab-on-a-chip”期刊,
“芯片实验室”( Lab-on-a-chip,LOC)。广泛接受。
微流控分析芯片的特点与前景
微流控分析芯片:不仅仅是带来设备尺寸上的变化,也预示着新的理论和技术的革新。
优点:
(1)具有极高的效率;
(2)试样与试剂消耗已降低到数微升水平;
(3)容易制成功能齐全的便携式仪器,用于各类现场分析。
(4)微流控芯片的微小尺寸使材料消耗甚微,有利于普及。
影响分析性能的主要因素与效应:
①层流效应;
②表面张力及毛细效应;
③快速热传导效应;
④扩散效应。
这些效应大多数使微流控分析芯片的分析性能显著超过宏观条件下的分析体系。
分类:
μTAS:芯片式和非芯片式,依托于MEMS技术
微流控(分析)芯片:微通道网络为结构特征,分析化学学科领域发展起来的,其目标是将整个分析系统微型化。
微阵列(生物)芯片:微探针阵列为结构特征,在生物遗传学领域发展起来的,主要是以DNA分析为应用对象。