微流控聚合物链式反应芯片的多色荧光检测

为了实现微流控芯片上多目标DNA片段的同时检 测,建立了基于光棒匀光结构的微流控芯片多色 荧光检测系统。根据微流控芯片中的聚合物链式反应(PCR)反应腔的特点,设计了基于超亮 白光LED模组、光棒、二向色镜 和CCD的正交型荧光检测系统。CCD可一次采集微流控芯片上所有PCR反应腔中的荧光信号 ,通过滤光 片轮组合的变换,可实现多种荧光标记物的同时检测。采用荧光素钠溶液对激发光的均匀性 进行了测试, 激发产生的荧光图像均匀度达到93.99%,可满足微流控芯片上多反应 腔同时检测的需求。同时,以pUC-18人工质粒DNA作为标准品,开展了微流控荧光PCR生物实验,对系统性能进行验证。实验结 果表明:微 流控PCR反应腔的 DNA浓度变化与荧光信号的变化相一致,pUC-18样品的检测限达到0.05pg/uL,扩增 效率为97.28%,熔解曲线显示无引物二聚体产生,特异性好,达到了 商业化仪器的水平。     

基于微流控技术的数字PCR的发展及其应用

作为一种新兴的扩增检测技术,基于微流控的数字聚合酶链式反应(PCR)有着高通量、高灵敏度及高耐受性等优势,因而得到了研究者的广泛关注,其相关技术也在不断的发展中。综述了基于微流控的数字PCR的研究进展,重点讨论了基于微流控的数字PCR的液滴打印技术、多层微流控芯片技术、微珠技术、聚二甲基硅氧烷(PDMS)技术等的不同实现方式。介绍了基于微流控的数字PCR在定量检测、精准分子诊断、肿瘤个性化诊断以及食品安全检测中的应用。最后,对基于微流控的数字PCR技术目前存在的不足和问题进行了阐述,并对其未来的研究方向和发展趋势进行了展望。     

用于基因检测的微流控PCR荧光信号提取方法研究

针对微流控聚合酶链式反应(PCR)芯片荧光图像中反应腔识别与荧光信号提取的难题,提出了一种基于算法集成的微流控PCR芯片荧光信号提取方法。首先提取CCD图像中包含多个反应腔的目标区域,采用最小误差阈值分割法分离背景和反应腔,使用网格划分法提取单个反应腔区域,通过小波变换和改进的Canny算子相结合的方法实现反应腔边缘识别。然后对每个反应腔的识别区域进行像素灰度值求和,计算均值来表征本次循环荧光信号的强度。以人工质粒PUC-18基因为检测对象,开展了反应条件相同的四腔微流控实时荧光PCR实验。结果表明,本文方法可快速有效识别PCR反应腔并实时提取每个反应腔的荧光信号,绘制的扩增曲线一致性好,避免了亮、暗斑的影响,提高了基因扩增分析的准确性。     

基于核酸检测的微流控芯片设计与传热分析

为了解决传统数字聚合酶链式反应(PCR)扩增过程中移液操作产生的问题以及升降温速率慢的弊端,设计了一种连续流数字PCR微流控芯片,能对包含PCR反应体系的微滴进行快速扩增,可以提升核酸检测过程中的扩增效率.用COMSOL对芯片微通道内部的温度分布和两相流体的共轭传热进行了数值模拟.结果 表明,芯片内部能产生95、55和...     

集成电极的PDMS-玻璃微流控芯片的制备

微流控芯片在分析化学和生物检测方面有着广阔的应用前景。对集成电极的PDMS-玻璃微流控芯片的制备工艺进行了研究与分析。最终使用SU-8快速制备阳模,使用PDMS转移图形得到具有微流控通道的PDMS盖片;在玻璃基板上加工Pt电极,除了需要外露的部分电极外,其他部分以薄层PDMS保护,得到电极基板;将PDMS盖片与电极基板半固化键合制得同时具有加热和温度传导电极以及CE高压电极的PDMS-玻璃芯片。ANSYS模拟分析证明加热芯片热惯性小,加热时温度分布效果好。     

采用KrF准分子激光制备聚合酶链式反应微流控芯片

采用价格便宜的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)代替价格昂贵的硅或者玻璃作为聚合酶链式反应(PCR)微流控芯片的基片材料,采用柔性大、自动化程度高的准分子激光微加工方法代替加工工艺复杂的光刻化学腐蚀方法。通过对聚甲基丙烯酸甲酯准分子激光加工规律的研究,在19kV和18mm/min的优化加工参量下,在40mm×63mm的聚甲基丙烯酸甲酯基片上制备出了20个循环的聚合酶链式反应微流控芯片。芯片微通道横截面呈倒梯形,底面粗糙度小于0.5μm。微通道宽104μm,深56μm,长1040mm,加工耗时57min。该芯片和相同尺寸的盖片在160N和105℃条件下经过20min热压键合在一起,键合强度为0.85MPa。通过进样实验发现键合后的芯片具有良好的密封性。键合后的芯片和温控系统集成在一起,采用比例积分微分(PID)方法得到的控温精度为±0.2℃,采用红外热像仪得到的相邻温区间的温度梯度分别为16.5℃和22.2℃,即该芯片可以实现聚合酶链式反应扩增。     

医用微流控芯片研究进展

随着微电子学和微机电系统技术不断发展,微流控芯片技术不断创新,一些具有颠覆意义的新型医用芯片不断出现,并成为现代医学技术的支撑工具。首先,概述了医用微流控芯片的概念和应用。然后,介绍了6种具有代表性的新型医用微流控芯片的研究进展,包括基因芯片、即时诊断芯片、免疫芯片、可穿戴式芯片、数字化聚合酶链式反应芯片、循环肿瘤细胞芯片、组织与器官仿生芯片。最后,总结了医用微流控芯片的发展趋势。     

基于蚁群算法的数字微流控芯片并行测试

可靠性是数字微流控生物芯片的一项重要指标,尤其是在安全性要求较高的应用领域。因此,芯片需要在生产制造后或生化实验前进行充分测试,以排除故障,确保实验结果准确。文中针对芯片的结构故障,提出了一种基于蚁群算法的并行测试方案,实现对较大规模的数字微流控芯片进行多液滴并行测试。该方案首先将芯片模型转化为MTSP模型,并利用蚁群算法分布式计算特性搜索多组优化的测试路径,完成对数字微流控芯片实验路径的测试。实验结果表明,该方案可用于在线测试,并能有效地减少大规模芯片的测试时间,且提高了工作效率。     

基于数字微流控芯片的液滴驱动及检测集成化

为了精确控制数字微流控(DMF)芯片内液滴的位置及运动范围,在液滴驱动行进过程中需及时检测液滴所在位置,这对于液滴在特定位置进行分离、混合或存储具有重要作用。为了更好地实现驱动与检测技术集成,设计了正交矩阵电极,利用电极间电容值差异获得液滴位置,借助分时工作方式通过电极复用实现驱动与检测的结合,既可有效保证液滴的准确控制,又可大大减少引线密度,降低芯片加工难度。实验结果表明电极上有无液滴时电容值差异明显,差值最大可达1 400 fF,且可靠性良好,电容值误差范围保持在2%以内,经可见光图像验证,液滴位置检测准确率可达100%。根据检测到的液滴位置,利用搭建完成的数字微流控系统为液滴规划路径,完成了高锰酸钾与维生素C溶液的褪色反应,证明本系统可实时完成液滴的可控驱动与准确检测。     

PMMA基PCR微流控生物芯片准分子激光加工

采用准分子激光在PMMA基片上刻蚀加工出PCR微流控生物芯片,分析了准分子激光能量密度和工作台移动速度对微通道加工质量(深度及粗糙度)的影响,加工过程中选择较低的激光能量密度和较高的工作台移动速度,都有利于获得底面更加光滑的微通道。通过热键合的方法制备出完整的密闭式PCR微流控生物芯片。     

微流控芯片流式细胞术

流式细胞术在单细胞分析领域应用广泛,但常规仪器体积大、价格昂贵.基于微机电(MEMS)技术的微流控芯片流式细胞术具有耗样少、集成度高、体积小等特点,可以更好地实现细胞操控、检测与分选.综述了微流控芯片流式细胞术,包括样品聚焦、信号检测、细胞分选等技术的研究进展.     

PMMA基连续流式PCR微流控芯片的CO2激光直写加工与应用

采用CO2激光直写烧蚀加工技术在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基片表面加工微通道.分析了CO2激光输出功率和激光束移动速度对加工质量的影响.选用4.5 W输出功率和76.2 mm/s移动速度,在30 s内加工了水力直径为100μm的微通道.在进行微通道的大批量、快速加工时,CO2激光直写烧蚀加工技术具有较高的工艺稳定性,工艺流程简单,可随时根据实验需要时微通道结构进行调整和再加工.微通道的激光拉曼光谱与PMMA基片相同,保证了微通道和盖片对聚合酶链式反应(PCR)物化学影响的一致性.虽然微通道边缘存在少量重铸物,但不会影响热压键合效果.芯片能够满足PCR扩增中的压力与密封要求.使用这种芯片实现了180 bp拟南芥脱氧核糖核酸(DNA)片段的PCR扩增,扩增效果与使用常规PCR仪相当,验证了采用CO2激光直写烧蚀方法加工PMMA基连续流式PCR微流控芯片的可行性.     

微流控芯片硅阳模的加工

研究了单晶硅阳模的制作工艺。考察了光刻胶前烘和后烘的温度、刻蚀剂浓度、组成及刻蚀温度等因素对单晶硅阳模质量的影响。得出了单晶硅阳模制作的最佳条件，用AZA620光刻胶转移图形及二氧化硅为硅片刻蚀的牺牲层，前烘温度为90℃，后烘温度为120℃，刻蚀温度为60℃；刻蚀液组成为氢氧化钾23．4％，异丙醇14．9％，水61．7％。在该条件下制作的单晶硅阳模表面光亮，通道侧壁较光滑。用热压法可快速地将此阳模上的微通道复制于聚碳酸酯基片上，每片约需时5min。已成功地复制了200多片。     

一种双极板结构数字微流控芯片研制

基于介电润湿研制了一种将零电极布局为介电层表面的双极板结构数字微流控芯片.为了降低驱动电压并提高介电层的抗击穿能力,将介电层设计为Si3N4-SiO2层状复合结构.30 V直流电压作用下,成功实现了对0.5 μL去离子水微液滴的连续输运操控;且在100 V以内电压作用时,均未出现介电层击穿.实验结果表明所研制数字微流控芯片可行.     

太赫兹微流控芯片

大多数生物大分子和基团的振动或者转动能级处于太赫兹频段,而其生物活性在水溶液中才能表现出来,由于水对太赫兹波的强烈吸收,从而限制了太赫兹技术的推广和应用。为了研究水溶液中生物样品的反应、变化等动态特性,将太赫兹技术和微流控技术相结合,分别研究了微流控芯片上微流控沟道的尺寸,微流控芯片的材料及其制作流程,最后用去离子水对该芯片进行了初步测试,证明了该太赫兹微流控芯片的可行性。     

微流控芯片与计算机间通信模型的研究

微流控芯片技术是一个多领域综合应用的新兴技术,但是这一技术还处于刚刚起步的研究阶段,目前只能同计算机进行链接操作。文章就微流控芯片与计算机之间的通信模型展开分析与讨论,找出适合微流控芯片与计算机之间进行通信的模式。     

用于细菌快速高灵敏检测的离心式高通量液滴微流控芯片

细菌是许多疾病的病原体,对它的快速检测在医学领域具有重要意义。液滴作为稳定的微反应器,被越来越多地应用于绝对定量检测的研究中。研制了一种用于细菌快速检测的离心力液滴式微流控芯片,该芯片能够实现液滴的高均一性、高通量生成,提高检测灵敏度。液滴直径的均一性由稳定的驱动源来保证;液滴通量通过流阻与转速的优化以及分叉结构来提高;实现了大于300个/秒的液滴通量,直径的变异系数值为2.90%。使用芯片快速定量检测大肠杆菌O157∶H7的浓度,在细菌浓度为10~3～10~7cfu/mL内呈现良好的相关度(R~2=0.998)。液滴生成、生物反应、荧光信号统计全部可以采用该芯片实现,表明该芯片在生物医学检测领域具有潜在的应用价值。     

一种太赫兹微流控芯片

很多生物大分子和糖类的特征振动模式恰好位于太赫兹频段内,使得太赫兹成为一种有潜力的生物化学传感工具。水对于生物分子发挥其功能有着至关重要的作用,而由于水对太赫兹辐射有极强的吸收性,研究液体样品的太赫兹透射谱很难。设计了一款太赫兹微流控芯片,以石英片作为基底,利用光刻技术在石英片上制作出高度50 μm的微流通道,从而减少水的吸收;聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为盖膜与石英片键合后打孔。分别在太赫兹时域光谱系统中测量了芯片的透过率、水的吸收系数以及折射率,在透过率高于30%的0.2 THz~1 THz频段内水的吸收系数没有明显峰值出现,且随着频率的增加而单调递增,与前期考察结果一致。此微流控芯片有潜力用于液体在0.2 THz~1 THz频段内的光谱测量,实现对小剂量生物化学液体样品的实时、无标记传感。     

PDMS微流控光纤芯片的研制

用集成在芯片上的光纤作为激发光源,可使激发光斑的大小与微流控沟道的深度尺寸相接近,提高了检测灵敏度,省去了光学聚焦系统.利用二次曝光的方法制作了PDMS光纤芯片,实现了光纤与沟道的对准.对PDMS光纤芯片的加工工艺、封装方法和结构特征进行了探讨.用所制作的芯片对FITC（异硫氰酸荧光素）和以FITC标记的氨基酸进行了检测,结果证明了该芯片的可行性.     

基于介电泳微流控芯片实现amol级分子量检测

设计并制作了一种快速检测宫颈癌细胞C4II的微流控芯片。制作的微芯片结构是采用电感耦合等离子体-反应离子刻蚀(ICP-RIE)工艺制备的硅模具为核心的复合结构,微芯片中包含一个10×10的微腔室阵列,单个微腔室底面半径40μm,高度500μm,整个微腔室的理论溶液体积达到250 pL。荧光检测系统采用波长(340±15)nm的激发光滤波片和波长(480±30)nm的接收光滤波片的最佳滤光类型,同时利用介电泳(DEP)法浓缩核酸以及采用硅烷偶联法固定核酸探针OMU-opy2来增加荧光强度。实验结果表示,该微流控芯片能检测到有效荧光的样品溶液最低浓度可低至7.8 nmol/L,从而微芯片的RNA分子量检测极限提升至1.9 amol。