微流體技術是一種在微觀尺度下控制、操作和檢測復雜流體的技術,涉及多個學科領域,包括微電子、微機械、生物工程和納米技術。
技術原理
微流體技術并不注重縮小器件的尺寸,而是通過構建微流體通道系統來實現多種復雜的微流體操作功能。這些系統的組成部分包括泵、閥、混合器、過濾器和分離器等。雖然相對于微電子器件來說,微通道的尺寸較大,但對于流體而言已經是極小的規模。微流體系統中的流體運動特性與日常生活中的宏觀流體運動顯著不同,因此微流體器件的設計通常與對應的宏觀器件有很大差異。為了精確設計微流體系統中的器件,首先需要了解微通道中流體的流動性質。研究人員利用共聚焦顯微鏡成像技術實現了對微通道中流動過程的量化,達到前所未有的高分辨率。首個微流體器件是由帝國理工學院的曼齊(A. Manz)和美國橡樹嶺國家實驗室的諾曼·拉姆齊(M. Ramsey)等科學家在1990年代初期研制成功的。該器件采用傳統的平面加工工藝,在硅、玻璃基材上制造而成。然而,這種方法成本高昂且靈活性不足,難以滿足研發需求。懷特賽茲(G.M. Whitesides)等人隨后提出了“軟光刻”微加工方法,能夠在有機材料上印刷并成型微結構,使得原型器件和專用器件的生產更加便捷。此外,這種方法還能夠構建三維微通道結構,并在更高的層面控制微流體通道表面的分子結構。
應用現狀
微流體技術的迅速發展已在化學、醫藥和生命科學等領域產生了重大影響。生物芯片被認為是后基因時代的解析基因序列的重要工具。微流體生物芯片因其獨特的功能受到了廣泛關注。微流體芯片,又稱“芯片實驗室”,是通過微機電技術將實驗室常用的分離、純化、混合以及酶反應設備微縮至芯片上,用于生化反應、過程控制或分析。其結構比微數組芯片更為復雜,可分為樣品前處理芯片、反應型芯片和分析型芯片三類。微流體芯片能夠對微量流體(包括液體和氣體)進行復雜、精確的操作,如混合和分離、化學反應、微量分析等。在稀有細胞篩選、信息核糖核酸提取和純化、基因測序、單細胞分析、蛋白質結晶等方面也有著特殊的應用價值。由于其體積小巧、樣本用量少、反應速度快、可大規模并行處理以及一次性使用等特點,在生物技術研究中有廣泛應用前景。
噴射技術
噴射技術是微流體技術的一種成熟形式,它通過直徑小于100微米的孔口產生微滴。這一技術常用于輸送微反應中的微量試劑,以及將微量脫氧核糖核酸樣品分配到載體表面上形成微陣列。
參考資料 >
揭秘微流體技術應用的多重妙用,案例剖析震撼你的想象力!.百家號.2024-10-26
什么是微流體技術微流體技術的現狀.百度文庫.2024-10-26
微流體技術是什么?一文講清.三個皮匠報告.2024-10-26