液相流路控制与微流控核酸扩增芯片偶联系统的研制

随着载人航天和空间探测技术的进步,空间站特殊环境导致常规仪器无法直接在空间站内正常运行,使得改进和开发适用于空间站的生物分析检测设备变得非常重要。其中核酸作为一个重要的生物大分子,在生物科学研究中对它的分析是必不可少的。本研究针对核酸扩增设备在航天中的应用提出了一种液相流路偶联微流控核酸扩增芯片系统来解决微重力环境下核酸检测过程中对于液体处理的问题,实验结果表明液体混合良好,密封性良好,能满足微重力条件的液体传输。这一系统为基于微流控芯片的空间核酸分析设备的开发提供思路。     

微流控芯片技术及其在检验医学中的应用

芯片实验室技术作为基因组学和蛋白质组学研究的一种新的技术平台 ,受到广泛重视。其中微流控芯片可用于基因组学和蛋白质组学的各个领域 ,包括基因表达分析、基因多态型分析和临床诊断等 ,可以完成样品的分离、反应和分析等所有步骤。基于毛细管电泳的微流控芯片技术可以更快地完成PCR产物分离。本文介绍微流控芯片技术的原理、研究进展及其在检验医学中应用     

基于微流控芯片的乳胶免疫凝集光电检测方法

乳胶免疫凝集技术是一项成熟的医学检测技术,然而传统检测过程中采用的免疫比浊法都是在宏观条件下进行的,该过程检出限较高且耗液量大.为此,提出一种基于微流控芯片的乳胶免疫凝集光电检测方法.针对乳胶免疫凝集实验过程的特点设计了专用微流控芯片,并创建了具有完整乳胶免疫凝集检测过程(包括进样、混合、反应和检测)的自动化系统平台.以类风湿因子在微流控芯片中的免疫凝集检测为例,对微尺度乳胶免疫凝集系统的最佳条件参数进行了测定与优化.实验结果表明,所设计的基于微流控芯片的乳胶免疫凝集光电检测系统对类风湿因子的检出限比宏观尺度免疫凝集法降低了约60％,且试剂用量是传统免疫比浊法的千分之一.     

SARS病毒的微流控芯片实验室系统检测

采用自行设计的RT-PCR试剂盒。在自制的由聚合酶链反应(PCR)——毛管电泳(CE)芯片、芯片热循环仪和激光诱导荧光芯片分析仪组成的微流控芯片系统上，对SARS病毒(重症急性呼吸综合症)和18例SARS患者咽拭子样品连行了分析和检测，实现了聚合酶链反应和电泳检测的微流控芯片在线分析。微流控芯片系统具有高检潮灵敏度、高分辨率、高检出率等优点，试剂消耗少和检测时间短，可能成为SARS早期检测的一种新的手段。     

湿法腐蚀硅制作PDMS微流控芯片

提出一种制作聚二甲基硅氧烷(PDMS)微流控芯片的方法。用15%四甲基氢氧化铵溶液各向异性腐蚀硅(100)制作模具,然后经过浇模,中真空键合得到PDMS微流控芯片。整个过程耗时约10 h。用SEM和激光共焦显微成像系统观察整个制作过程。分析了硅片模具及PDMS微流控芯片图案的一致性及粗糙度,结果表明硅片模具图案的相对标准偏差低于3%,表面粗糙度Ra是0.051 μm,PDMS微流控芯片相应的分别是1%和0.183 μm。用PDMS微流控芯片进行电泳分离试验,分离场强200 V/cm,在4.7 cm长的分离通道中,30 s内成功分离了四苯磺酸基卟啉(TPPS)和羧基钴酞菁(TCPcCo(Ⅱ))的混合样品。     

一种用于核酸即时检测的全集成微流控芯片

针对病原体的核酸即时检测需求，设计了一种集核酸提取和扩增功能于一体的微流控芯片，利用一次性注射器驱动芯片上的液体流动，借助紫外线验钞笔便可用肉眼直接读出核酸检测结果。芯片分为提取区、混合区和扩增区，在提取区设计了裂解池和清洗池，利用磁珠法完成核酸提取；在混合区设计了洗脱池、扩增试剂池和方波型混合器，用于核酸的洗脱以及与扩增试剂的混合；在扩增区，为了实现多靶标检测，一共设计了16个扩增反应池，采用一种滑动式芯片结构，实现各反应池之间的物理隔离。采用模拟仿真和实验，对方波混合器的混合性能进行了验证，表明其可以实现核酸洗脱液与扩增试剂的均匀混合。在微流控芯片上，利用荧光素钠溶液模拟了环介导等温扩增反应过程，证明了滑动式扩增反应池结构能够满足多靶标检测的物理隔离要求。     

微流控芯片在医学检测中的应用

近年来,微流控芯片以其快速分析,低消耗,微型化和自动化等特点发展非常迅速。本文对微流控芯片技术做了简要的介绍,讨论了其在医学检测领域的应用。并重点分析了可用于医学检测的微流控芯片技术。包括Ca^2＋、NO^2＋等离子的分离与检测,葡萄糖、尿酸等代谢物的测定。     

一种微流控细胞分离芯片及其流场分析

微流控细胞分离芯片中流场的分布对混合细胞的有效分离有非常重要的意义,是细胞分离芯片结构设计的一个重要因素.本文设计了一种细胞分离芯片,用于将细胞融合实验后的融合细胞从大量未融合细胞中自动分离出来.为进一步研究芯片中流场分布与芯片结构的关系,利用CFD分析软件Fluent对微流控细胞分离芯片中的流场进行仿真分析,得到其流速分布.针对微通道中的流动情况实验分析表明,实验与仿真结果相比误差在10%以内,证明了CFD软件仿真在细胞分离芯片结构的设计中的指导作用.通过对仿真结果的对比分析,选择了一个优化的芯片结构模型并制作了Y型通道的微流控分离芯片.     

微流控芯片二维电泳分离分析系统研究进展

微流控芯片分析系统(微全分析系统)近年来发展迅速,已经被应用于生物、环境样品的分离分析研究。多维分析系统能够极大地提高峰容量,适合于复杂样品体系的分离分析。在微流控芯片上进行的分离操作不仅可以有效地实现两种分离模式之间的零死体积切换,而且能够使分析速度与峰容量的矛盾得到补偿。本文对微流控芯片二维电泳分离分析系统的近期发展作综述,并展望其可能的发展前景。     

微流控芯片模具化学蚀刻制造工艺研究

为制造微流控芯片模具实现微流控芯片的大批量生产,采用三酸型蚀刻液对图案掩膜的P20模具钢进行蚀刻加工。观测蚀刻的微流道形状和尺寸,分析蚀刻深度、流道宽度、蚀刻因子和面粗糙度等随加工时间的变化规律。结果表明加工时间越长,微流道侧壁垂直性越好,蚀刻因子越大,但面粗糙度越差。因为反应产物附着于工件表面,特别是侧壁上,使侧向蚀刻速度低于深度方向蚀刻速度,而蚀刻反应产生热量,使工件反应表面温度升高,蚀刻速度加快,影响表面质量。蚀刻反应中,合理控制掩膜尺寸、加工时间、搅拌速度和反应温度等,才能得到满足要求的微流控芯片模具。     

微流控芯片分析系统的最新研究进展

系统地介绍了目前国内外微流控芯片分析系统的发展概况,重点从仪器小型化、系统集成化、生物分析领域应用、微加工技术以及多种检测技术等方面讨论了微流控芯片分析系统最近几年所取得的进展.并指出了它当前所面临的一些问题.     

微流控分析芯片在线尿中蛋白及LDH同工酶检测

利用MEMS(微机电系统)标准光刻、湿法腐蚀以及低温键合技术制作了微流控分析芯片。在自制的紫外吸收微芯片生化分析仪上,利用该芯片对临床妊娠高血压和多发性骨髓瘤患者的尿液样本进行了在线芯片电泳分析,得到了与医院常规诊断方法一致的诊断结果,而此法进行一次分析仅需要2 min,且试剂消耗量少,这是常规方法不能比拟的。也以LDH同工酶标准品为分析对象,对芯片在线同工酶诊断进行了初步研究,初步实现了LDH₁和LDH₅混合样本的片上分离、孵育反应和产物检测。     

基于棉纤维的微流控通道装置的研制与应用

研制了一种基于棉纤维的线段微流控分离/分析通道装置,包括支架、加样系统、储液装置以及微流控线端固定器,可自由灵活组合,以适应各种实验需要的微流控分离/分析通道,并可控制液体流速,满足多通道进样的微流控分离/分析体系。应用于单通道混合染料分离、＂Y＂型通道测定土壤样品和水样中亚硝酸根含量以及复合线三通道同时测定土壤样品中铜和锌的含量,结果令人满意。自制的微流控通道装置制作成本低、携带方便、实用性强。     

微流控芯片光学检测系统集成化新进展

微流控芯片是微全分析系统(μTAS)中当前最活跃的领域和发展前沿。目前人们在微流控芯片的研究中已经取得了很大的进展,研制出了多种微型化、集成化的芯片。相比之下,与微流控芯片配套的高灵敏度微型光学检测系统的研制却相对落后。介绍了分别基于CMOS、垂直腔面发射激光器(VCSEL)和微型雪崩光电二极管(μAPD)来实现光学检测系统与微流控芯片集成化的方法。     

微压印聚合物微流控芯片的传热分析研究

微压印是制造聚合物微流控芯片的主要技术之一,其加工过程中的工艺参数对聚合物微流控芯片成型质量具有重要影响。在聚合物微流控芯片压印成型机理研究基础上,对其压印过程中的热传导进行分析,建立了多层材料一维热传导的模型,并用有限元法进行温度响应求解,进而可获得压印加热时间等工艺参数。     

嵌入式数字微流控荧光液滴分选平台EI北大核心CSCD

搭建了基于嵌入式系统的数字微流控芯片操纵平台,实现对片上液滴的自动化配发、检测和分选。将特定电极阵列结构的介电润湿(EWOD)芯片通过特制电路和基于STM32的控制电路结合,并利用荧光显微镜提供的光路,完成分选平台的硬件搭建。移植嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅲ到STM32芯片中,根据分选功能需求,划分功能任务,设计各任务程序及任务间通信方式,实现在芯片上按一定频率从包含荧光与非荧光微粒的混合液体中生成小液滴,并将小液滴运输至检测区,根据其荧光强度对其进行分选。本系统实现了对数字微流控芯片的自动化操控,为将数字微流控技术应用于细胞、蛋白质、微生物等领域的分选提供了便利。     

嵌入式数字微流控荧光液滴分选平台

搭建了基于嵌入式系统的数字微流控芯片操纵平台,实现对片上液滴的自动化配发、检测和分选。将特定电极阵列结构的介电润湿(EWOD)芯片通过特制电路和基于STM32的控制电路结合,并利用荧光显微镜提供的光路,完成分选平台的硬件搭建。移植嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅲ到STM32芯片中,根据分选功能需求,划分功能任务,设计各任务程序及任务间通信方式,实现在芯片上按一定频率从包含荧光与非荧光微粒的混合液体中生成小液滴,并将小液滴运输至检测区,根据其荧光强度对其进行分选。本系统实现了对数字微流控芯片的自动化操控,为将数字微流控技术应用于细胞、蛋白质、微生物等领域的分选提供了便利。     

微流控技术在机械工程-生命科学交叉领域的应用

以微流控技术为研究对象,介绍了微流控芯片的制备材料及工艺,阐述了微流控技术在生命科学交叉领域的应用,主要从生物检测、体外结构仿生制造及可控释放的药物载体制备三方面展开介绍;从芯片结构设计及制备、功能模块集成、过程调控等方面入手,探讨了所涉及的关键技术;展望了微流控技术在机械工程-生命科学交叉领域的应用前景。     

用于微流控芯片的全波长实时荧光检测系统研制

为了连续检测出微流控芯片中不同荧光物质的发射光强度,设计了一套基于LabWindows编程的实时的、发射光波长在340-1200 nm的荧光检测系统。系统将控制光谱仪、采集荧光强度、数据降噪及存储、结果分析及显示等功能结合在一起,实现微流控芯片内荧光强度的实时动态检测及分析。系统采用卤钨灯和光谱仪相结合的方式,通过合理设计激发和探测光纤的位置,结合软件算法控制,来消除激发光和背景荧光的影响;系统无需针对不同的荧光物质选用特定的激发光和滤波片,增加系统的集成度、提高检测的多样性。基于本系统对微流控芯片中两种溶液的荧光强度进行检测,来验证系统的测试性能;同时对微流控芯片中不同浓度的荧光物质进行检测,来验证系统的准确性能。实验结果表明所设计的系统满足微流控芯片内不同荧光物质的荧光强度实时检测的要求,为后续基于微流控芯片的生化免疫分析、药物分析和多细胞生命体等研究提供研究基础和分析手段。     

基于微流控荧光定量PCR的MRSA快速检测技术研究

针对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)检测的问题,发展一种基于微流控荧光定量PCR的致病菌快速检测新技术。采用光刻法制作了微流控PCR芯片,研制了集成高性能温度控制模块和高灵敏度荧光检测模块的微流控荧光定量PCR分析系统。通过检测特异性基因femA和mecA对MRSA进行快速鉴别。实验结果表明,使用微流控PCR芯片可以成功实现MRSA特异性基因的快速检测,相对传统的管式PCR,芯片使用6μL试剂在56 min完成了MRSA特异基因的检测,不仅节约了反应试剂,而且极大提高了检测速度。该技术可扩展到其他致病菌的检测,具有良好的应用前景。