基于微流控芯片技术的小尺寸微米级液滴制备

利用微流控芯片技术制备的皮升级微量液滴,作为独立的微反应器,由于其比表面大,高通量等优势,在生物、医学、化学、物理等领域得到了广泛应用。本工作利用软光刻技术制备流聚焦型微流控芯片,研究了微流控芯片中连续相和分散相的流速对微量液滴尺寸的影响。结果显示,增加连续相流速时,微量液滴的尺寸减小;而加快分散相流速时,微量液滴的尺寸增大。当微流控芯片的通道尺寸固定后,由于分散相和连续相的界面张力不变,通过改变连续相和分散相的流速,微量液滴的尺寸范围有限,本工作中微量液滴的尺寸为几百微米至25μm。本工作探究了微流控芯片中如何制备尺寸小于25μm的微量液滴的方法。通过添加活性剂,改变连续相和分散相的界面张力,可实现制备尺寸为10μm的微量液滴。本工作所利用的微量液滴制备方法,制备的10μm大小液滴具备更高的比表面积,反应活性将会更大、在药物释放,颜色显示等领域将有广阔应用前景。     

微流控技术制备吡柔比星聚乳酸微球及其体外释放研究

微流控液滴技术是制备单分散性药物载体的理想方法,对精确考察药物的释放行为、释放机理及动力学模型具有重要意义。采用亲水性修饰T型通道产生单分散性吡柔比星聚乳酸液滴,考察了通道性质对液滴生成的影响以及连续相和分散相流速与液滴尺寸的关系,制备了两种粒径的吡柔比星聚乳酸微球并考察了其体外释放行为。结果表明,经修饰的通道可产生稳定均一的液滴,通过调节两相流速可以有效控制液滴和微球的尺寸,制备的微球粒径均一,载药量和包封率高,吡柔比星体外释放缓慢且无明显突释,尺寸较大微球的释放速率较慢。     

共轴微通道两相流量对流型及微滴特征的影响

微通道内生成微滴以其可控性和精巧性,在生物、医学和化学等领域得到了迅速的发展和应用。本文研究了直管共轴微通道内两相流流量流型、液滴特征直径和频率的影响。发现了四种流型:柱塞流、滴流、射流和管状流。在(Cac,Wed)图中,Wed为流型变化的控制参量,Cac为次要控制参量。固定分散相流量,液滴特征直径随着连续相流量的增加而减小、液滴频率随着连续相流量的增加而增加;固定连续相流量,液滴特征直径和液滴频率都随着分散相流量的增加而增加。     

塑料微流控芯片的注塑成型

有别于传统的微流控芯片压塑成型方法,本文提出注塑成型加工塑料微流控芯片的新工艺.采用UV-LIGA技术制作成型微通道的型芯,设计制造了微流控芯片注塑模具.充模试验表明,如何使微通道复制完全是微流控芯片注塑成型的主要技术难点.模拟与理论分析表明,熔体在微通道处出现滞流现象是复制不完全的主要原因;搭建了可视化装置对此加以试验验证.利用正交试验方法进行充模试验,研究各工艺参数对微通道复制度的影响.试验表明模具温度对提高微通道复制度起决定性作用;注射速度和熔体温度是次要因素,而注射压力相对其他因素影响力较差,但必须保持在一个较高的水平.依此形成塑料微流控芯片的注塑成型工艺,对于宽80μm、深50μm截面的微通道而言,可使微通道复制度由70%提高到90%,满足使用要求.     

微流控芯片基片与盖片一体化注塑成型研究

针对微流控芯片基片与盖片的结构特点,提出了定模先行抽芯机构,设计制造了微流控芯片基片与盖片一体化注塑成型模具,并进行注塑成型试验研究.结果表明:定模先行抽芯机构可以有效解决盖片上圆孔状储液池成型与脱模的技术难题,如何使微通道复制完全是微流控芯片基片注塑成型的主要技术难点;模具温度对提高微通道复制度起决定性作用,注射速度和熔体温度是次要因素,而注射压力相对其他因素影响力较差,但必须保持在一个较高的水平,依此形成塑料微流控芯片的注塑成型工艺规范.     

丙烯酸-甲基丙烯酸三氟乙酯嵌段共聚物的微流控自组装及模拟

微流控是一种处理微量流体的新型技术,为纳米材料持续可控的自组装提供一个高通量平台。文中研究了丙烯酸-甲基丙烯酸三氟乙酯嵌段共聚物在同轴微流控装置中的自组装行为,利用COMSOL Multiphysics对微流控中两相液体的混合扩散进行了模拟。结合模拟分析重点探讨了外相流速和内外相总流速对共聚物胶束的粒径和形态的影响。结果表明,通过外相流速的改变可调节两相液体的混合效率进而影响共聚物自组装。随着外相流速的增加,共聚物胶束平均粒径变小,分布变宽,并从球形向其它形态开始转变。总流速的增加导致共聚物在微通道内滞留时间变短,使胶束粒径减小。     

丙烯酸-甲基丙烯酸三氟乙酯嵌段共聚物的微流控自组装及模拟EI北大核心CSCD

微流控是一种处理微量流体的新型技术,为纳米材料持续可控的自组装提供一个高通量平台。文中研究了丙烯酸-甲基丙烯酸三氟乙酯嵌段共聚物在同轴微流控装置中的自组装行为,利用COMSOL Multiphysics对微流控中两相液体的混合扩散进行了模拟。结合模拟分析重点探讨了外相流速和内外相总流速对共聚物胶束的粒径和形态的影响。结果表明,通过外相流速的改变可调节两相液体的混合效率进而影响共聚物自组装。随着外相流速的增加,共聚物胶束平均粒径变小,分布变宽,并从球形向其它形态开始转变。总流速的增加导致共聚物在微通道内滞留时间变短,使胶束粒径减小。     

微流控纺丝技术及多元结构微流控纤维柔性可穿戴应用

微流控纺丝技术融合了微流控技术和纺丝技术的优点，可设计制备常规纺丝技术难以实现的复杂结构微纤维。通过对微尺度流体流动的精确调控及利用微通道内流体的层流流动特性，微流控纺丝技术制备的多元结构功能微纤维在生物医学、柔性电子、分析化学等领域具有广泛应用。本文系统介绍了微流控纺丝技术的纺丝装置及固化机制，综述了实心/多孔纤维、中空/核壳纤维、Janus/双组分/多组分纤维、纺锤状纤维、螺旋纤维等多元结构纤维的制备方法、结构特点及其在柔性可穿戴中的应用，最后分析了微流控纺丝技术在制备微纤维中的优势与不足，并对微流控纺丝技术的应用前景进行展望。     

聚合物微流控芯片的注射成型

针对注塑成型微流控芯片过程中出现翘曲变形和微通道复制精度不高等缺陷,采用正交分析法,仿真优化了芯片厚度方向上的翘曲变形;基于翘曲优化结果,实验研究了微注射成型微流控芯片过程中模具温度、熔体温度和注射速度对微通道变形的影响。结果表明,保压时间和保压压力对微流控芯片的翘曲变形影响最大,而模具温度对微通道变形影响最为显著。采用优化的工艺参数,所成型的芯片微通道具有较高的复制度,无明显翘曲变形,可满足使用要求。     

新型纳米磁色谱微流体芯片

通过标准光刻电铸工艺,在玻璃基片上制备了不同形状的顺磁性镍铁微柱阵列作为微流控通道内的磁力元件;通过SU-8胶光刻模板PDMS快速成型制备了微流控通道结构,通过O2 Plasma 处理和显微镜下对准,实现在玻璃基片上的永久封装,制备了磁分离微流控芯片;在微流控通道中引入含有微磁珠的溶液,通过外加磁场和流动式进样,观察微磁珠的对磁场的响应情况以及层流中的磁珠分离情况及捕获,并进行了DNA提取实验.     

聚合物微流控芯片超声波微熔融键合方法

为了将超声波聚合物焊接技术更好地应用于聚合物微流控芯片的键合,提出基于界面微熔融的聚合物微流控芯片超声波键合方法.设计了适用于该方法的导能筋结构,在合理的键合工艺参数控制下使导能筋结构材料不发生熔融流延,通过键合界面软化润湿来实现对微流控芯片微通道的密封连接.实验结果表明,键合时间仅为0.09 s,键合后微通道的承压能力可达6个大气压,满足微流控芯片的使用要求.面接触导能筋可采用机械加工或注塑方法获得,具有良好的产业化应用前景.     

PDMS微/毫流控芯片的简易快速制备及其疏水性研究

将玻璃片/管、锡箔等材料进行组装、通道搭建制备出带有管路图案的容器,再将聚二甲基硅氧烷(PDMS)预聚体浇注到该容器中固化成型,之后通过模具拆卸、切割制备出整体式PDMS微/毫流控芯片.该法可获取各种微通道尺寸保真性好的整体式芯片,其通道截面圆形度与由热压法制备的微流控芯片相比有明显提高.另将获得的PDMS芯片经过30 min紫外改性后,其疏水性得到明显改善,与H2O的接触角由钝角变为了锐角,并在室温下静置能维持1 h左右的改性,完全能够满足液滴成型实验的时间要求.另外将该法制备的PDMS整体式芯片用于单分散液滴、双重液滴制备时,可在较宽的流速范围(4 mL/h~36 mL/h)内得到粒径可控的液滴,并且液滴在芯片通道中不易破乳,表现出良好的稳定性.这对于靶球制备、功能材料合成、活性成分保持等应用有重要意义.     

微流控技术发展对计量的新挑战

一、微流控技术简介 根据美国两院院士、哈佛大学乔治·怀特塞兹(George White sides)教授2006年刊登在国际顶级科学期刊《科学》上的文章中的定义,微流控(Microfluidics)是指针对极微量体积流体(10-9L～10-18L)进行操控的科学与技术.实现微流体操控的主要方法就是将流体限制在一个微米甚至纳米尺度的通道中,而这些通道的制作手段起源于制作微电子处理芯片的半导体工艺流程.最早提出微流控这个概念的是1990年在瑞士Ciba-Geigy公司做研究的Andreas Manz教授,他最初的设想是将微机电(MEMS)与分析化学相结合,从而做出一个类似芯片能将各种功能集成在一起的微型分析仪器.当时,这样的系统被称为微全分析系统,英文是Miniaturized total analysis systems,简称为MicroTAS或μTAS.     

p型氧化镍薄膜晶体管的微流控法制备研究

可以图形化和沉积同时进行的镀膜技术可有效简化器件制备流程, 从而降低成本。本工作研究了一种新型的图形化沉积镀膜技术-微流控法: 将宽度及间隔均为80 μm、沟槽深度为2 μm左右的PDMS模板与衬底贴合构筑微流通道, 毛细力作用下前驱液可在微流通道内流动, 并在衬底表面形成图形化的液膜, 最后经热处理完成图行化的薄膜沉积。此外, 分析了硝酸镍/2-甲氧基乙醇前驱体的热分解过程和不同温度退火下前驱体粉末的相结构演化规律。最终利用微流控法图形化沉积技术制备了图形化的氧化镍沟道, 并构筑了薄膜晶体管器件。优化后的薄膜晶体管表现出典型的p型特征, 场效应迁移率可达0.8 cm²·V^-1·s^-1。     

液液两相流法制备海藻酸钠包覆的液态金属微滴

本文以室温液态金属(GaInSn)为分散相、海藻酸钠(NaAlg)溶液(1wt%)为连续相,采用液液两相流方法,在竖直共轴微通道中,制备得到NaAlg凝胶包覆的多个GaInSn微滴,具有单分散、尺寸一致的特点。GaInSn/NaAlg两相流存在四种流型:分散相滴流、分散相柱塞流、连续相滴流和连续相射流。GaInSn微滴的包覆模式三种:Squeezing、Dripping和Compound Jetting,其中Dripping和Compound Jetting是主要的包覆模式。在较低的GaInSn流量下,NaAlg流量增加到一定程度后,包覆模式由Dripping转变Compound Jetting。固定两相流量比,随着两相流量的同比例增加,GaInSn微滴的特征频率呈线性增加、包覆个数增加、特征长度变化不显著。     

毛细管微流控芯片器件研究进展EI北大核心CSCD

毛细管微流控芯片是微流控芯片领域中重要的一部分,因其具有制备难度低、材料成本低、化学性能优良以及设计灵活的独特优势而得到了广泛的应用与研究。文中对毛细管微流控芯片的基本工作原理与制作方法进行了详细叙述,重点综述了近年来毛细管微流控芯片在液滴生成、纤维纺丝等领域中的研究进展与应用,最后对目前面临的问题进行了探讨,并展望了该技术未来在标准化、高通量及灵活性等方面应用的发展方向。     

新型网状通道微流控细胞培养芯片设计与制作

微流控芯片能为细胞的体外培养提供良好的生长微环境.设计制作了一系列具有网状微通道网络的细胞培养微流控芯片,为细胞体外培养提供了稳定的流体环境.该芯片由网状微通道网络和处于网状通道节点处的培养腔室组成.芯片整体结构呈对称分布,外部流体在驱动力的作用下进入微通道网络,经过多条微通道进入培养池.培养池周围微通道具有"多入多出"的特点,在很大程度上提高了培养池内流场的稳定性.同时研究了芯片微通道网络的网状程度、培养腔数量对培养池内流场的影响.结果表明:处于网状微通道网络上的培养池内流场均一稳定,能为细胞体外培养提供近体微环境.     

基于中医药快速检测的新型微流控系统研发

20世纪90年代,微流控技术被成功地运用在毛细管技术中,自此开启了其商业化的进程。然而,微流控技术与中医药行业结合并将其运用到中药样本快速检测中尚属首次。该文中介绍的新型微流控系统,基于CMOS-MEMS智能微流控技术,结合高通量芯片点阵技术研制系统,整体架构包括微泵微阀、多靶标检测体系及卡匣及配套光学模组,适用于中药材有效成分、外源性毒性物质的快速与量化分析,可以帮助饮片企业或中药材种植基地等快速评价药材质量。     

微流控芯片不互溶相酶催化反应显微拉曼检测

生物酶的研究对生命现象本质的揭示具有极其重要的意义.通常生物酶反应的研究是在水溶液体系中进行,与其在生物体内所处的水/有机两相界面微环境不相同.通过微流控芯片可获取稳定的水/有机相界面,并利用显微拉曼光谱仪进行微区扫描实现微流控芯片两相酶反应的检测.定量考察了氰根离子在微流控芯片中水相与苯胺相之间扩散行为,并检测了辣根过氧化物酶催化联苯胺与对甲基苯胺的聚合反应.结果表明,在芯片上,非极性分子联苯胺的酶催化反应产物结构组成较极性分子对甲基苯胺更为复杂,而在普通烧杯中的反应则观察不到这个现象.     

生物微流控PCR荧光芯片微通道动态检测系统研究

研究和建立了生物微流控PCR荧光芯片微流控微通道动态检测系统,对该系统的多光路光纤校准进行了研究,获得了荧光检测的重复性(偏差:2.6%)和稳定性(偏差》2.7%)等.实验结果表明:该系统可用于准分子激光制备高聚物基生物微流控PCR荧光芯片最佳工艺激光制备参数的优化设计;可用于生物微流控PCR荧光芯片生物分析时的实时荧光定量检测;也可用于对激光荧光检测微型化技术与生物芯片光谱检测集成化提供多功能实验基础和性能评估体系.