微流体/微流控的基本概念

微流体/微流控的含义

微流控的种类并不多。最流行的是连续流动微流控，其中一种或几种液体流入微流控装置，得到处理，然后流出，流出的流体可以是产品或废物。

另一种类型的微流控是数字微流控，在这种类型中，通常以液滴形式存在的液体通常通过电场梯度在表面上移动，这一类别被称为数字化，因为流体被数字化为不同或相同大小的液滴。

我们还遇到了另一种称为纸微流体的类型，在纸微流体中，流体被吸收在纸条的一端并流向另一端。

在此过程中，流体被分析和可视化。横向流动测试条，类似于妊娠测试套件，是纸质微流体的明显例子。

两相微流体也可能是最近流行的一种单独类型。在两相微流体中，油和水等两种不混溶的流体通过一个连续的网络微流体通道.

最著名的应用是数字 PCR，还有液体微流体。

微流体有什么用？

虽然原则上很简单，但是应用广泛，因为几乎任何台式常规实验都可以小型化为基于微流体的芯片测试实验室。

从地下研究到太空以及介于两者之间的任何内容，都可以使用微流体技术。

这方面的证据来自石油和天然气工业，研究原油和盐水通过多孔介质的行为，一直到国际空间站的微重力检查。然而，生物学是微流体的最大应用方向。

从药物研究到药物输送。从抗体研究 到 抗原检测，从器官芯片，到 生于检测， 从基因测序到基因传递，从C-线虫微环境到海洋环境。

从单细胞裂解到人工器官的3D打印，以及更多更多。微流体技术为实验科学和工程打开了许多新的大门。

什么是微流体？

微流体涉及移动或分析比液滴小的微量液体的设备的设计和研究。微流体装置具有从亚微米到几毫米的微通道。

相比之下，人的头发大约有 100 微米厚。微流体越来越多地用于生物科学，因为可以以更低的成本和更快的速度进行精确和受控的实验。

芯片实验室设备将微流体技术用于诸如疾病的即时检验或芯片上的器官研究等应用。

微流体如何工作？

微流体系统通过使用泵和芯片工作。不同类型的泵以 1 μL/分钟至 10,000 μL/分钟的速度精确移动芯片内的液体。

相比之下，小水滴约为 10 微升 (μL)。在芯片内部，有微流体通道可以处理液体，例如混合、化学或物理反应。液体可能携带微小颗粒，例如细胞或纳米颗粒。

该微流体装置使得这些颗粒的处理，例如，捕获和癌细胞的集合从血液中的正常细胞。

什么是微流控芯片？

微流体芯片是一种装置，使得能够处理或可视化的微小量液体。芯片通常是透明的，其长度或宽度从 1 厘米（0.5 英寸）到 10 厘米（4 英寸）。

芯片厚度范围从大约 0.5 毫米（1/64 英寸）到 5 毫米（1/4 英寸）。微流控芯片内部有细如发丝的微通道，这些微通道通过芯片上称为入口/出口端口的孔与外部相连。

微流体芯片由热塑性塑料制成，例如丙烯酸、玻璃、硅或PDMS。

如何制作微流控芯片？

微流控芯片通常是通过在一层表面制作细槽或小孔，然后通过第二层封闭这些特征以形成微通道或腔室来制造的。通道需要防漏，因此各层必须正确粘合。

根据材料选择，通道通过软光刻、热压印、注塑、微加工或蚀刻制成。3D 打印可用于生产微流控芯片，尽管它在最小特征尺寸、表面粗糙度、光学透明度或材料选择方面存在严重限制。

为什么要使用微流体？

使用微流体有几个原因。首先，利用微米范围内的小尺寸标尺。对于每种 3D 形状类型，例如矩形通道或腔室，表面积与体积的比率随着尺寸的减小而增加。这使得微通道有利于捕获细胞、细菌或纳米颗粒等目标。

或者，磁场或电场在短距离内更有效，使微流体成为传感或检测的理想选择。能够可视化和表征小物体（如活细胞）是微流体的另一个优势。微流体还用于通过制作芯片设备实验室来小型化或集成传统实验室实践，以节省成本或减少时间。

什么是基于液滴的微流体？

基于液滴的微流体最近已成为微流体领域的强大工具。 液滴微流体装置产生微小体积（nL 到 fL）的液滴。液滴微流体技术主要有以下三个应用：分子生物学、微粒合成和微生物研究。

在分子生物学中，液滴充当生物反应器。单个细胞被困在液滴中，在那里它们经历一系列反应，其中每个液滴都可以单独分析。

对于微粒合成，液滴通常由水凝胶制成。并在生成后使用照片、化学或热技术固化。在微生物研究中，微生物被包裹在液滴中，用于分析它们对各种药物开发试剂的反应。

什么是生物芯片？

生物芯片是一种将生物体直接连接到工程系统的小型设备。为此，生物芯片通常包括微小的内置传感器，用于分析生物体中的生化目标，如细胞、血液或皮肤。

生物芯片利用了广泛的技术进步，例如微流体、微阵列、光学或电子学。生物芯片的当前应用是疾病诊断、安全和基因测序，并且出现了许多新应用。

什么是 DNA 芯片？

DNA 芯片是一种设备，通常大小为显微镜载玻片，包含数千个预定义的点。这些点中的每一个都有一个独特的探针，可以与特定的目标基因序列结合。

当制备和纯化的血液等样本与 DNA 芯片表面接触时，样本中的匹配基因可以与 DNA 芯片上的探针配对。

然后，研究人员使用计算机程序来分析斑点的位置，以识别样本中的病原体、突变等目标。