微流控实验室是把化学生物实验室缩小并集成到芯片的尺度,为化学生物过程提供微平台。
蛋白芯片 基因芯片
为什么需要芯片实验室?
生命领域(如医疗诊断制药等等)对生物和化学体系的分离分析工作量猛增
要求:高效率, 低成本
少样品,低消耗,低污染
大量生产,可携带
将传统实验室集成芯片化的主要成绩在于
尺度变化:
长度 100-1000倍;面积 1万-1百万倍
体积1百万倍-10亿倍
制造上的困难;检测灵敏度的困难(光程短)
原理上的转化:
液体量度,输运,混合,热传导等等传统过程和设备必须适应尺寸效应
例如: 移液管量筒中液体驱动主要力量本来是重力
微型化后重力已让位于表面张力
芯片实验室的主要特点何在
液体量度,输运,混合,热传导等等传统过程和设备必须适应尺寸效应
主要在于表面张力,芯片实验室的重力因素占次要
操作界面占主要,微流控芯片恰好满足这一要求
再次双电层的电荷效应更为显著
如何实现芯片实验室
主要从这个方面:微电子技术,微电子机械技术,高灵敏度微检测技术,CCD阵列检测技术,微尺度流体的物理化学过程的微型化及其特性的研究
从物理学角度来看微流控的发展以及革新
利用表面张力控制界面的亲水、憎水性以实现:芯片中的纳升级液体的定体积取样、注样、输运与阀门、混合等等
利用双电层的电荷效应实现灵巧电渗泵
芯片中的的样品多道注入;细胞操纵,筛选,计数等等
利用电迁移率差异及电场控制,实现分离并聚焦的聚焦电泳技术