分离富集循环肿瘤细胞的三维介电泳微流控芯片研究

进入人体外周血的肿瘤细胞称为循环肿瘤细胞（CTCs）,它是恶性肿瘤转移早期精准检测重要指标之一。基于介电泳原理进行了分离富集CTCs微流控芯片设计及性能研究,利用CTCs和白细胞受到的介电泳力差异及运动轨迹不同,实现CTCs分离富集。根据COMSOL软件仿真细胞运动轨迹,优化芯片结构,确定电极间距和通道高度。湿法刻蚀和激光烧蚀技术制作了芯片实物,以人结肠癌细胞SW480和人白细胞混合液为研究对象,进行了芯片分离富集CTCs实验。在电压为5 Vrms、频率为60 kHz时,三维介电泳微流控芯片对人结肠癌细胞SW480的最大分离通量达到1.2 mL/h,分离效率在90%左右。研究成果对于CTCs分离、分选以及检测等方面具有重要参考价值。     

玻璃-PDMS微流控芯片制备工艺

以玻璃为基片的微流控芯片在制备方面存在制作成本偏高及加工周期较长等问题．本研究以廉价的载玻片为微流控芯片基片材料,以铬膜为牺牲层,通过优化光刻和湿法刻蚀工艺,得出较为优异的湿法刻蚀条件,制备出了较佳结构的玻璃微沟道．将其与PDMS进行不可逆封接后,获得了玻璃-PDMS芯片．该工艺简单,且有效地降低了芯片的制作成本．电渗性能测试结果表明,该芯片电渗性能稳定、良好．     

玻璃-PDMS微流控芯片制备工艺

以玻璃为基片的微流控芯片在制备方面存在制作成本偏高及加工周期较长等问题.本研究以廉价的载玻片为微流控芯片基片材料,以铬膜为牺牲层,通过优化光刻和湿法刻蚀工艺,得出较为优异的湿法刻蚀条件,制备出了较佳结构的玻璃微沟道.将其与PDMS进行不可逆封接后,获得了玻璃-PDMS芯片.该工艺简单,且有效地降低了芯片的制作成本.电渗性能测试结果表明,该芯片电渗性能稳定、良好.     

梯形截面微流控芯片中电渗流的实验检测

设计和制作了一种具有梯形截面的双T形结构微流控芯片,对其微通道内表面和几何参数进行了测试。基于电流监测法,测量了微流控芯片通道内的电渗流速度,得到实验结果与理论模型一致;并分析了电场强度、溶液浓度等对电渗流的影响。实验结果表明:1)梯形截面微流控芯片中电渗流速度与电场强度为线性关系,电场强度增大,电渗流速度成比例增大;2)随着溶液浓度的增加,电渗流速度非线性降低。最后提出了微流控芯片在应用过程中需要注意的综合因素。更多还原     

微流控芯片的制备及其对糖类物质的检测

利用软光刻技术,在聚二甲基硅氧烷（PDMS）上制备了微流通道,通过光刻-湿法刻蚀和磁控溅射镀膜技术制备出了集成有金属膜电极的玻璃基片,将二者经过等离子体处理,进行键合后获得了集成有电化学检测器的PDMS-玻璃微流控芯片. 以市售蜂蜜为待测物质,研究了该芯片对蜂蜜中糖类物质的分离检测性能. 结果表明:在分离电压为850 V,电解液为50 mmol/L氢氧化钠条件下,使用该PDMS玻璃微流控芯片成功地在3 min内实现了对葡萄糖、蔗糖和果糖的有效分离和检测.     

微流控PCR芯片微流体荧光测控流速

为使微流控荧光PCR扩增循环的实际流速与理论设计流速吻合,保证芯片的PCR扩增过程与步骤的准确完成,必需对微通道中的实际工作流体流速情况进行实时测量和流速调控.利用在39个循环微通道的生物PCR微流控芯片中,充满强阳性荧光PCR试剂微通道的荧光信号值为空微通道的荧光信号值的4倍左右,为充满阴性荧光PCR试剂微通道荧光信号值的10倍左右的特性,在芯片上建立荧光实时测速信息反馈系统,对微通道中的实际工作流体流速情况进行实时反馈和控制.     

非超净条件下玻璃微流控芯片加工工艺

为了解决玻璃微流控芯片加工工艺对专业实验室的依赖问题，提出了一种非超净环境下玻璃材料微加工工艺.该工艺包含湿法刻蚀和高温键合两项关键技术，针对刻蚀工艺中高刻蚀速率与高刻蚀表面质量兼具的工艺目标，研究了多种刻蚀剂成分及配比等条件对刻蚀效果的影响，并描述了具体工艺流程与工艺参数.在高温键合工艺试验中针对表面亲和处理、抽真空预键合以及键合温度时序控制等方面进行研究，重点讨论了非超净环境下高效预键合方法.结果表明，所研究的湿法刻蚀和高温键合两项工艺具有简单、高效、设备依赖性低等特点，突破了超净环境对玻璃微加工技术的限制.     

相变牺牲层结合UV胶室温黏接玻璃微流控芯片

提出了一种室温封合玻璃微流控芯片的新方法.利用毛细作用将熔化的石蜡液体填充开放的玻璃微通道,冷却后石蜡固体形成牺牲层材料.用UV胶作为黏接剂来封合玻璃基片和盖片.用紫外光通过掩模对UV胶进行选择性曝光, 使玻璃基片和盖片被UV胶黏接在一起.加热除去石蜡牺牲层后,得到微通道表面性质基本一致的玻璃微流控芯片.此芯片已成功用于氨基酸的电泳分离.此方法还可实现电极在玻璃芯片上的集成.     

基于微流控芯片模型的渗流实验与数值模拟

基于微流控芯片加工技术,采用显微镜-微观模型实验装置,通过制作准二维微流控芯片模型来模拟多孔介质内部的骨架及孔隙结构,开展多孔介质渗流实验.通过测量芯片模型两端的压降并进行修正,计算芯片模型的渗透率.采用计算流体力学方法 (CFD)对渗流过程进行数值模拟,并与实验结果进行对比分析.结果表明：在相同条件下,相对于微柱方形排列的芯片模型,微柱错开排列的芯片模型在微观上表现为迂曲度增大,增大的幅值为5.1%～7.9%;在宏观上表现为流阻和压降更大,渗透率更低,降低的幅值为4.5%～7.4%.芯片模型渗透率不仅与内部孔隙通道结构和孔隙率有关,还与颗粒直径和颗粒排列方式相关.当模型孔隙率为0.327～0.900时,数值模拟方法所得的微流控芯片模型的渗透率与实验所测结果接近,误差为9.78%～28.43%. Kozeny-Carman (KC)公式不能准确预测实验结果,并且最大误差为73.97%.提出修正平行板间导管流（平板流）渗流公式预测准二维微流控芯片模型渗透率,预测渗透率曲线与数值模拟和实验数据具有很好的一致性.     

激光加工聚合物微流控芯片暂态烧蚀模型研究

为了预测激光直写加工聚合物微流控芯片三维微流道外形，提出了三维烧蚀加工的解析模型.在CO2激光加工聚合物原理基础上，根据传热学原理和烧蚀面能量守恒原理，建立了激光加工三维暂态烧蚀模型.根据在微元控制面上热传导只发生在表面法向，并且激光加工在瞬时达到准稳态，将三维暂态偏微分方程转化为一维常微分方程.基于烧蚀面上的温度始终保持为降解温度，求出关于激光功率、扫描速度和材料热物理系数的微流道外形函数解，并用聚甲基丙烯酸甲酯进行了实验验证.实验结果表明，由解析模型得到的理论值与实验数据吻合很好，该模型的理论推导是符合实际加工实践的.     

干细胞培养微流控芯片气室的分析与设计

利用Realizable κ-ε有限元模型, 对17种气室结构进行了流体力学分析.通过对比分析, 按照迅速换气并减少气体残留的要求, 以减少气体流速较小部分所占气室体积的比例为优化条件, 从17种结构中筛选出2种适合为干细胞培养提供气体的结构;总结出2条设计规律;在实际设计中对这一结构进行了适当改进, 以进一步减少气体残留.仿真结果表明, 本文筛选并改进的结构适用于干细胞培养微流控芯片.     

应用于生物检测的微流体聚焦芯片的研制

为了完成生物检测实验中待检测微球的单列通过,基于流式细胞仪的技术原理,设计了一种微流体聚焦芯片,并利用Intellisuite软件对聚焦进行仿真和设计。用微浇铸方法制作基于聚二甲基硅氧烷的微流控芯片,并采用插针式封接,提高了芯片成品率。通过实验制作芯片,并将它应用于测试,成功地实现了直径为10μm的悬浮待检测微球呈单列顺序排列。     

干细胞培养微流控芯片培养区与剪切力有关的分析与设计

针对剪切力是芯片上影响干细胞培养的重要因素,其大小主要由培养基的流速梯度决定,利用realizable κ-ε有限元模型,对8种培养区结构进行了流体力学仿真,得出了培养区内的流速分布,并计算剪切力;通过对比分析,按照减小剪切力、减少液体残留2条要求,从8种结构中筛选出1种适合为干细胞培养提供培养液的结构.根据设计结果总结出2条设计经验.     

对苯二酚在金、银纳米粒子修饰的玻碳电极上电化学响应的比较

制备了柠檬酸钠保护的金和银纳米粒子,并用自组装法制备了金和银纳米粒子修饰的玻碳电极,在近中性的磷酸缓冲溶液中,比较研究对苯二酚在金和银纳米粒子修饰玻碳电极上的电化学响应情况。结果表明金和银纳米粒子均对对苯二酚的电氧化过程具有优越的电催化效果;与银纳米粒子修饰电极相比,金纳米粒子修饰电极表现出了良好的稳定性;对苯二酚在金纳米粒子修饰玻碳电极上的电化学反应是受扩散控制的。     

玉米中转基因成分的定性PCR检测

利用改良 CTAB 法提取玉米产品的基因组 DNA,应用 PCR 检测方法,并以玉米特异性内源基因 IVR 为内参,花椰菜花叶病毒 35S 启动子(CaMV35S 启动子)、农杆茵胭脂碱合成酶终止子(NOS终止子)为靶基因检测玉米中是否存在转基因成分.实验结果表明,有些玉米样品中存在转基因成分,表明市场上存在未经标识的转基因玉米及其加工品.     

玉米中转基因成分的定性PCR检测

利用改良CTAB法提取玉米产品的基因组DNA,应用PCR检测方法,并以玉米特异性内源基因IVR为内参,花椰菜花叶病毒35S启动子（CaMV35S启动子）、农杆菌胭脂碱合成酶终止子（NOS终止子）为靶基因检测玉米中是否存在转基因成分。实验结果表明,有些玉米样品中存在转基因成分,表明市场上存在未经标识的转基因玉米及其加工品。     

Ionic Liquid Modified Inorganic Nanoparticles for Gaseous Phenol Adsorption

Ionic liquid modified silica nanoparticles were synthesized using a simple silane chemistry,followed by substitution reaction. The phenol adsorption performance was tested using temperature programmed desorption technique. The experimental results reveal that the introduction of ionic liquids on the surface of silica nanoparticles can improve the adsorption capacity of phenol compared to the pure silica nanoparticles.The initial adsorption capacity reaches 0.312 mmol·g-1 at 25 ℃ under total pressure of 0.2 bar and it decreases slightly in the following adsorption-desorption cycles. The results demonstrate that introduction of ionic liquids can improve the phenol adsorption capacity and the simple material preparation process is feasible for industrial applications.     

纳米金放大法荧光检测乙肝病毒HBV-DNA

利用纳米金放大的方法,将修饰荧光团的信号DNA连接在纳米金表面,纳米金通过HBV-DNA与磁珠连接,1,4-二硫苏糖醇(DTT)可以替代信号DNA连接在纳米金表面,将荧光素标记的信号DNA释放于溶液中,测定溶液的荧光强度可以得到HBV-DNA的浓度。通过条件优化实验确定了最佳实验条件:生物素与亲和素最佳结合时间为25min,DNA的最佳杂交时间为15min。测定HBV-DNA的线性范围为3.0×10-13～1.2×10-12mol·L-1,线性相关系数r=0.991 4,检测限为2.18×10-14mol·L-1(S/N=3)。     

纳米银镓合金/聚甲基丙烯酸甲酯复合粒子的结构表征

以硝酸银、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和金属镓为原料,借助超声波合成纳米Ag₃Ga/PAMPS复合材料。XRD和FI-IR显示超声合成的纳米Ag₃Ga是六边形单晶结构,合金中的镓原子与羰基氧存在相互作用;HRTEM表明纳米银镓合金粒径在10~15 nm,单分散性好,具有诱导聚合物有序组装效应;SEM表明聚合物呈现良好的空间网络结构,纳米粒子容易进入孔洞;热重测试表明纳米Ag₃Ga对聚合物PAMPS的热稳定性起积极作用。     

A Microfluidic System with Active Mixing for Improved Real-Time Isothermal Amplification

To improve the performance of real-time recombinase polymerase amplification (RPA), a microfluidic system with active mixing is developed to optimize the reaction dynamics. Instead of adopting a single typical reaction chamber, a specific reactor including a relatively large chamber in center with two adjacent zig-zag channels at two sides is integrated into the microfluidic chip. Active mixing is achieved by driving the viscous reagent between the chamber and the channel back and forth periodically with an outside compact peristaltic pump. To avoid reagent evaporation, one end of the reactor is sealed with paraffin oil. A hand-held companion device is developed to facilitate real-time RPA amplification within 20 min. The whole area of the reactor is heated with a resistance heater to provide uniform reaction temperature. To achieve real-time monitoring, a compact fluorescence detection module is integrated into the hand-held device. A smartphone with custom application software is adopted to control the hand-held device and display the real-time fluorescence curves. The performances of two cases with and without active on-chip mixing are compared between each other by detecting African swine fever viruses. It has been demonstrated that, with active on-chip mixing, the amplification efficiency and detection sensitivity can be significantly improved.