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微流控芯片的制作和特點以及鍵合方式

更新時間??2022-04-12 14:45 閱讀

使用微流控這項芯片分析技術在一開始起源于美國的芯片實驗室,由歐洲的發展后做成了微集成分析芯片最終實現以微流控分析技術為主要的平臺。微流控芯片分析技術過程可以自動完成,集成生物、化學、醫學分析樣品制備、反應、分離、檢測等基本操作單元。

 

微流控芯片的主要材料由硅片、玻璃、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯和紙基等材料構成。其中,PDMS應用最廣泛。該材料不僅加工簡單,光學透明,而且具有一定的彈性。可生產微閥、微蠕動泵等功能部件。

 

微流控芯片采用類似半導體的微機電加工技術,在芯片上構建微流系統,將實驗分析過程轉載到由連接路徑和液相室組成的芯片結構上。加載生物樣品和反應液后,使用微機械泵。電泵和電滲流驅動芯片中緩沖液的流動,形成微流路,在芯片上進行一種或多種連續反應。激光誘導熒光、電化學、化學等檢測系統,結合質譜等多種分析方法,已用于微流控芯片快速、準確、高通量的樣品分析。

 

微流控技術特點。

多功能集成系統和大量復合系統是微流控芯片最大的特點。



微流控技術優勢

微流控芯片可將化學和生物領域涉及的樣品制備、反應、分離、檢測等一系列基本操作單元集成到微米芯片中。同時,微通道形成的網絡可以貫穿整個系統,具有便攜、能耗低、生產方便、掌握方便等優點,易于滿足生命科學對低劑量、高效、高靈敏度、快速分離分析的需求。

1.集成小型化和自動化。

微流控技術可以將樣品檢測的多個步驟集中在一個小芯片上,這些操作步驟可以通過流道的尺寸和曲率、微閥和腔設計的結合來集成,最終使整個檢測集成小型化和自動化。


2.高通量

由于微流控制可以設計成多流道,通過微流道網絡轉移到多個反應單元,相互隔離,使每個反應不相互干擾,因此可以根據需要對多個項目進行平行測試。與傳統的逐項測試相比,大大縮短了測試時間,提高了測試效率,具有高通量的特點。


3.試劑消耗較少

由于集成檢測的小型化,微流控芯片上的反應單元腔非常小。雖然試劑配方濃度可能會增加一定比例,但試劑的使用量遠低于傳統試劑,大大降低了試劑的消耗。


4.樣本量少

因為測試只在小芯片上完成,所以需要測試的樣本量很小,通常只需要微升(μL)甚至納入(nl)水平。此外,全血也可以直接檢測。對于嬰兒、老年人、殘疾人和靜脈采集困難,使檢測更加方便;或者非常珍貴和稀有的樣本使許多指標可以檢測。


5.污染少

由于微流控芯片的集成功能,所有需要在實驗室手動完成的操作都集成到芯片上,以盡量減少樣品對環境的污染。

微流控的缺點和不足。

核心技術缺乏規范和標準。

相關人才嚴重短缺。

目前生產成本高。

 

 

制備微流控芯片

不同的材料特性決定了不同的微加工方法。但微流控芯片的主要加工方法是光刻技術和表面圖案軟光刻技術。

1.微流控芯片加工

這一步需要考慮結構、成本、管道尺寸、批量生產等問題。目前的技術包括:光刻蝕技術、熱壓法、成型法、注塑法、LIGA法(集成光刻、電鑄、塑鑄)、激光燒蝕法、軟光刻。


2.微流控芯片鍵合

這一步需要考慮的問題包括:高溫性能退化、室溫老化、點密封或表面密封、管道堵塞和大規模生產。目前,主要技術包括:Plasma/電離鍵合、貼膜法、超聲波焊接、激光鍵合焊接和熱壓鍵合。


3.微流控制流體驅動

這一步主要考慮泵和閥門,包括主動或被動的選擇,以及它們是否穩定和可靠。另一方面,需要考慮流體寬度、深度、腔室大小、定量分析或定性分析。目前,主要的驅動方法有:光控、電驅、磁場、擠壓囊泡、膜振動、泵推、離心力和剪切力。


4.氣溶膠污染設計

這一步需要考慮選擇盡可能減少氣溶膠污染的材料或方法。目前,可采用以下方法:擴展密封反應系統、全密封系統、硅油密封、樣品添加、密封樣孔、扣結構、手動密封。


5.儀器信號檢測

采集微流控液滴信號的主要技術有:可視化讀取、電信號讀取和擴展曲線。

微流控在體外診斷領域的應用。


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