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微流控系统

简要描述:微流控是一种新兴的微型化技术,它将传统的流体控制技术应用于微米和纳米尺度中。这种技术利用微型管道和微阀门等微型制造工艺,在微米和纳米级别上控制和处理微小液滴或单元,并实现高效、精确的分析和检测。

  • 产品型号:MPE-L1
  • 厂商性质:生产厂家
  • 更新时间:2023-11-30
  • 访  问  量: 3303

详细介绍

  微流控是一种新兴的微型化技术,它将传统的流体控制技术应用于微米和纳米尺度中。这种技术利用微型管道和微阀门等微型制造工艺,在微米和纳米级别上控制和处理微小液滴或单元,并实现高效、精确的分析和检测。
 
  微流控技术是指一种用微米或纳米级流道来控制、操作和分析微量液体的技术。它是将微型加工技术、微流体力学和生物分子分析等领域结合在一起,将生物分析、医学诊断等领域推向了一个全新的高度。其主要应用于药物筛选、基因组分析、细胞培养和分析、微生物分析、微流控诊断等领域。
 
  微流控系统的核心是微流体芯片,也称为实验室芯片,该芯片通常由聚合物、玻璃、硅等材料制成,具有微米级别的通道和微结构,在不同的通道和反应腔中加入液体、细胞和生物分子,可以进行多种复杂的生物和化学反应。
 
  常规来讲,一个微流控系统应包含以下几个子系统:
 
  1.流体驱动子系统。
 
  2.过程监测及控制子系统。
 
  3.微流控芯片。
 
  4.检测分析子系统。
 
  流体驱动子系统此部分通常由微流体驱动泵组成。压力泵、注射泵和蠕动泵是常用的微流体驱动泵,可满足多种微流控应用需求,其中,压力泵常用于高稳定性微流体进样(如液滴制备),注射泵常用于中等精度和高压微流体进样(如微流控石油驱替),蠕动泵常用于低精度大流量循环流体进样。过程监测及控制子系统此部分通常由流量传感器和各种阀门组合而成。在此子系统中,即可实现流量的反馈控制,同时,结合阀门控制,也能实现流体的序列进样、循环进样和体积定量等多种流体操控。
 
  微流控系统包括流道、微阀、微泵、控制系统和检测系统等组成部分。其中,微流道是系统中关键的部分,其直径一般在几微米到几百微米之间,可以通过微加工技术制造成各种形状的结构,例如直通流道、分支流道、交叉流道等等。微流道中的液体可以被精确地控制和分流,以实现微小管道中的控制和操作。微阀和微泵则是系统中用于控制流体运动的设备,常用的驱动方法有压力、电动、机械和化学驱动等。
 
  控制系统是微流控系统中的另一个重要组成部分,可以通过电脑和专用软件实现对运行和控制,并实时监测和记录实验数据。检测系统则可检测或读取系统中液体的变化,例如检测微流道中特定分子的浓度、检测细胞状态、检测快速混合后反应物浓度等等。
 
  微流控是由生物、化学、医学、流体、材料、机械、电子等学科交叉而成的创新型研究热点,既是一门通过微通道(尺寸为数十到数百微米)来研究流体力学的自然科学,又是一门通过微型化设备来操纵微流体(体积为微升到纳升)的系统技术。微流控系统在时间和空间上,都为分子浓度控制带来了全新的技术解决方案,与传统方法相比,微流控系统具有以下优点:
 
  (1)样品体积很小,精度高:能用非常少的样品得到很高效率的分析,比如在化学反应中立方毫米量级的液体就足以得到有效的反应,而且由于微流道细小,其反应区体积很小,所以化学反应的精度更高,可以有效地规避质量误差。
 
  (2)快速、灵敏:反应速度很快,这是因为在微流道中,可以做到混合、传质等过程,因此时间比大型反应设备快得多。此外,由于系统中液滴尺寸较小,因此灵敏度高。
 
  (3)节约成本,节能环保:由于用的是微型装置,相比传统方法,其所需的试剂量和能源消耗都大幅度减少,成本更低,又因为所需样品很少,对环境污染的作用也大大降低。

微流控

 


 
  微流控系统是一种利用微小通道和微结构来操控微流体的技术,广泛应用于生物医学、化学和物理等领域。该技术具有高效、快速、可控性强等优点,对于微小尺寸的实验和分析非常适用。
 
  其基本原理是将流体引导到微小通道中,并利用微型阀门、泵和混合器等微结构控制流体的流动和反应过程。这些微小结构通常由微纳加工技术制造而成,如光刻和电子束曝光。通过调节微型阀门和泵的开关时间和频率,可以在微通道中实现复杂的流体操作,如混合、输送、分离等。
 
  该系统在生物医学研究中得到广泛应用,尤其是在细胞分析和诊断方面。以单细胞分析为例,传统的方法需要大量的样品和试剂,而该技术能够将细胞单独拍摄并分离,使得分析更加准确。同时,还可以实现细胞的定向培养和转移,进一步推动了细胞研究的进展。
 
  除了生物医学领域,还可以应用于化学和物理领域。例如,可以实现高通量的化合物筛选,从而加速新药开发的进程。此外,还可以用于制备纳米材料、液滴生成和悬浮液体的分离等方面。
 
  目前,随着科技进步以及各行业对实验室自动化程度要求不断提高,微流控系统在生命科学研究中得到了广泛应用。下面介绍下其在细胞分析和药物筛选方面的应用情况。
 
  1.在细胞分析中的应用
 
  细胞是复杂多样性组成结构,在诊断与治疗上发挥重大作用。而传统方法如:培养皿法或者人工注射方式会带来很多问题,如无法满足单个或群体细胞检测需求;操作麻烦难以产生可重复结果;易误差且可能感染交叉污染等缺陷问题限制其使用范围。微流控系统则可有效地解决这些问题。
 
  通过微流控芯片的设计和制造,可以实现对单个细胞或群体细胞的分析、分类、筛选等操作,并且具有高通量性能。例如,利用微流控技术结合荷兰玫瑰素染料等方法,可以快速准确地检测出肿瘤细胞中环氧酮还原酶活性的变化情况;又如在稀释液相模式下,可以实时监控癌细胞与间质交互反应及其影响方式,在后期进行进一步筛选和治疗方案设计。
 
  2.在药物筛选中的应用
 
  传统药物筛选过程复杂而耗费时间,需要大量人力成本投入到各类测试样品处理上面,导致效率低下且可能产生很多偏差结果。但是采用了本技术之后,能够将处理精度提升至纳米级别同时也提供了更加具有代表性的试验数据。
 
  目前许多医学科学家已经开始使用微型脂质体作为载体来测定新型抗癌化合物活性及其副作用,大大提高了药物研究的效率和质量。同时还可以利用微流控芯片中多个单元通道进行并行测试,快速地筛选出具有有效治疗作用的化合物。
 
  该技术有着广泛的应用前景,但是由于其制造和操作较为复杂,仍然存在一些挑战。例如,需要高精度的器件制造技术和对微流体行为的深入了解,以保证流体在微通道中的稳定流动。同时,还需要对微型阀门和泵等微结构的灵活控制能力进行优化,以提高可操作性和控制精度。
 
  总的来说,微流控系统是一种非常有前途的技术,具有广泛的应用空间。随着相关技术的不断完善和提升,相信将会在生物医学、化学和物理等领域继续发挥重要作用,并推动科学研究和工业应用的进步。

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