用于酵母细胞电阻抗检测的集成微电极阵列微流控芯片的有限元仿真研究

出芽酵母已经成为衰老、寿命研究的理想细胞模型。我们提出了一种集成微电极阵列微流控芯片的设计结构,该芯片结构具有阵列排布式捕获-剪切结构及与之对应的微电极阵列,用于对被捕获酵母单细胞进行高通量电阻抗检测,尤其是利用电阻抗信号检测酵母细胞每一个子细胞的剪切去除事件。在本文中,我们对该设计结构进行了有限元建模仿真研究,以优化用于电阻抗检测的集成微电极阵列的关键参数设置。通过有限元建模和仿真计算,我们分析了待测响应电流分布以及不同行列间距下邻近细胞对待测信号的影响。为了在减小邻近细胞的存在对待测信号干扰的同时,实现酵母子细胞剪切去除事件的高灵敏度电阻抗检测,我们依据仿真结果优化出微电极阵列的行列间距分别为125 μm、100 μm。本研究中的仿真分析结果对于优化集成微电极阵列微流控芯片的设计,提升电阻抗单细胞传感检测的灵敏度和集成度具有重要意义,我们提出的设计结构有望发展为基于电阻抗谱的高通量酵母复制衰老寿命监测平台。     

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.     

一种低成本高效率气动式微流控混合器

液体混合是微流控芯片的重要功能之一,微流控液体混合方式可分为主动式和被动式两种。针对目前微流控混合器存在的被动式混合效率不高和主动式混合器制作工艺复杂等问题,研究设计了一种基于雕刻机加工的低成本、高效率气动式微流控混合器。该微流控芯片采用数控雕刻机快速加工微模具,经PDMS固化、翻模、打孔和键合等工艺,实现了微流控混合器的制作。同时研究设计了多气室脉冲气体驱动模式,有效实现了微量试剂和样品的快速混合。实验结果表明,所研究的主动式微流控混合器可以产生对流混沌作用,显著提高微尺度下的混合效率,为实现低成本的微流控芯片制作和高效试剂混合的MEMS生化检测系统提供了一种有效的技术途径。     

基于石蜡打印的PDMS微流控芯片制备及实验应用

介绍了一种基于数字化石蜡液滴微喷射技术制作微流控芯片的方法及其应用,制作的聚二甲基硅氧烷(PDMS)微流控芯片可用于微液滴的生成和两相流的微混合。实验所需玻璃微喷嘴制备简单、成本低廉。石蜡阳模的形状可自主设计,通过调节驱动电压、驱动频率和加热温度可控制石蜡液滴尺寸及石蜡线宽。利用此方法在石英玻璃基底上打印出石蜡阳模,通过PDMS溶液浇注、固化、倒模、清洗再与石英玻璃基板键合等一系列工艺,最终可实现不同内径、不同流道形状的PDMS芯片,制作过程方便快捷,成品质量较好,设计自由度较高。最终通过调整系统各项参量制作出流道内径约为235μm的PDMS微流控芯片,并利用所制作的十字型流道PDMS微流控芯片生成了微液滴,用螺旋形流道的PDMS微流控芯片完成了亮蓝、柠檬黄两种颜色水溶液的微混合。     

准分子激光微加工技术结合模塑技术加工微流控芯片

利用准分子激光微加工技术与模塑技术相结合的方法制造微流控芯片。用准分子激光在玻璃基胶层上刻蚀出加工质量较高的微流控生物芯片形貌,通过电铸技术对微流控芯片进行复制,得到反向金属模具。用金属模具通过注塑成型技术用聚碳酸酯注塑出微流控芯片。系统研究了准分子激光的能量密度和工作台移动速度对胶层微通道加工质量的影响;测量并分析了激光刻蚀加工出的微流控芯片原型、电铸的反向金属模板和注塑成型后的微流控芯片的轮廓精度和表面粗糙度,上表面尺度偏差不大于2μm,底面粗糙度小于20 nm。对注塑出的微流控芯片和激光直写刻蚀的几何结构相同的微流控芯片的流动性能进行比较测试。在流速较小时,用激光微加工技术与模塑技术相结合的方法加工的微通道比准分子激光直写法所加工的微通道流动性能更好。     

微流控电泳芯片集成电导检测研究进展

电导检测器具有在微流控电泳芯片上制作微电极较易以及外围信号处理电路较简单的特点,在电泳芯片上的集成研究已得到广泛的关注和开展.该文综述了近几年在微流控电泳芯片上集成电导检测器的原理、系统组成以及影响因素,介绍了MEMS 技术在电泳芯片集成电导检测电极加工中的应用;重点综述了目前国内外相关研究报道中较有特色的在电泳芯片上集成的电导检测器.     

PDMS微流控芯片中的微通道加工技术

传统加工方法制作PDMS微流控芯片中的微通道存在诸多限制,特别是难以实现复杂三维微通道的加工。首先介绍了微通道的传统加工方法,接着简要介绍了不同3D打印技术的基本原理,最后重点阐述了3D打印技术在PDMS微流控芯片微通道加工中的应用。未来,微流控芯片中微通道的加工将会向着高通量、低成本、高精度、三维化、集成化、微型化的方向发展。3D打印、以纳米压印为主要代表的微纳制造技术与传统微通道成型技术的不断融合,为研究人员提供了更多的思路,必将成为微通道加工中的重要技术手段,推动微流控芯片在生物医学、检验检疫、分析化学等领域更广泛的应用。     

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。     

基于微流控技术的液滴微颗粒分选

微流控技术在医疗分析中具有重要的应用意义.在对样品生物分子分析前通常需要进行分选,达到纯化的目的 .使用不同种类的微颗粒代替生物分子(如细胞、蛋白质和DNA等),可模拟其在海藻酸钠溶液环境中的作用.通过软光刻制备的微流控芯片集成了微颗粒聚焦、液滴包裹微颗粒、液滴减速及液滴颗粒分选4个功能.通过鞘液流使微颗粒聚焦成一行,...     

用于线虫药物筛选的微流控梯度芯片和自动化平台

作为一种在微米尺度操作流体的技术,微流控芯片具有反应体系小、通量高、自动化且操作灵活等优势,被越来越多地应用于细胞和微米尺度生物的研究中。秀丽隐杆线虫作为一种重要的模式生物被广泛地用于神经生物学、衰老及发育和药物筛选等研究中。提出了一种用于研究线虫和环境毒素相互作用的微流控自动化平台,该平台集成了基于微振荡原理的快速梯度形成的微流控芯片、自动化控制系统及基于OpenCV的线虫长度及摆动频率估计的自动化图像分析软件。通过染料和荧光实验验证了基于振荡原理的快速梯度形成芯片,该芯片可以在7 min内形成线性浓度梯度,并通过该芯片和平台验证了线性浓度梯度的双氧水对秀丽隐杆线虫活性的影响。     

Q33微流控芯片制作中的激光技术

利用激光制作微流控芯片的报道近年不断增加。激光制作微流控芯片具有灵活、快速、高效、可控的特点,对激光制作方法的研究具有广阔的发展前景。 本文系统的对微流控芯片制作中的激光类型及应用特点、各种可被激光加工的芯片材料、制作模式及其特点,以及芯征制作的激光工艺参数对芯片质量的影响作出综述：从激光与材料作用的机理出发．针对微流控芯片制作中存在的向题进行了探讨。     

微流控芯片技术在细胞生物学研究中的应用进展

微流控芯片作为生物学研究平台的一种,优势显著,如：集成化、低消耗、高通量等,其所提供的细胞研究条件不仅具有较强的可控性,同时也十分精细,因此,该平台得到了细胞生物学学者的广泛关注。本文介绍了微流控芯片技术的概况,重点阐述了其在细胞生物学研究中的应用。     

一种微流控2×2光开关的性能研究

微流控光学是在微尺度上通过操控微流体达到调节系统光学特性的技术。微流控光开关在多个元件集成到单一微流控芯片并实现可重构的微流控光路中起重要作用。使用气动方式设计了一种光路可重构的2×2光开关。通过压缩气体驱动控制一个可调气隙反射镜的状态,使光在微流道内交替发生透射和全反射,实现光开关功能。通过在COMSOL软件中仿真分析,得出其消光比为10.2dB、开关周期可达到60ms。结果显示,该方法具有较好的开关性能。此开关可与其他器件集成,制作复杂的微流控器件以实现其他不同的功能。     

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。     

微流控拉曼检测芯片的制备与应用

微流控芯片系统具有高效率、低损耗、高安全系数、高灵敏度等优势,表面增强拉曼散射(SERS)光谱具有灵敏度高以及指纹效应强等优点。从两方面对微流控拉曼检测芯片进行综述:微流控芯片通道和SERS基底的制备以及微流控拉曼检测芯片的集成与应用。最后讨论了SERS微流控芯片在便携化应用方面的挑战和机遇,并对整个领域的未来发展方向与前景进行了展望。     

飞秒激光直写技术制备功能化微流控芯片研究进展

飞秒激光具有独特的超短脉宽和极高的峰值强度,飞秒激光直写技术已广泛用于功能化微流控芯片的制备。从3个方面针对基于飞秒激光直写技术的微流控芯片进行综述:不同材料微流控芯片中的飞秒激光功能器件集成技术、飞秒激光集成微流控芯片的多功能应用以及微流控芯片的高效率飞秒激光加工技术。通过对飞秒激光直写技术在微流控领域的研究结果进行总结与归纳,为飞秒激光直写技术制备微流控芯片的研究、应用及发展方向提供参考。     

深度学习驱动的液滴微流控单细胞分选系统

单细胞操作和分析对于研究许多基本生物学过程和揭示细胞异质性至关重要,并且在生物医学领域具有巨大的应用潜力。液滴微流控技术在单细胞分析方面具有显著优势。研制了一种深度学习驱动的液滴微流控单细胞分选系统,主要以液滴内所包含的生物样本种类以及数量作为标准分选目标液滴。根据实验需求制作好相应生物样本的数据集,在服务器上训练好对应的网络模型,并将该网络模型转移到NVIDIA Jetson TX2开发板上,利用该网络模型对实验过程中拍摄到的液滴图像进行实时检测判断,最后根据算法对包含特定物质的液滴进行分选,从而得到目标液滴。此方法能够有效地判断并分选出液滴内图像特征有差异的不同生物样本,可以实现对包含单个及2个细胞液滴的分选。该研究为液滴微流控单细胞分选技术在生物学和医学等领域的广泛应用提供了支撑。     

一种新型分析芯片的发展及其应用

指出微全分析系统已成为国际关注的焦点,它正向着微型化、集成化、便携化、自动化方向发展。它使许多不连续的分析过程连续化和自动化,完成实时及在位分析,实现高效率、快速度、少耗样、低成本、无污染、大批量生产的目标。目前,微流控芯片主要应用于医学临床诊断、新型药物的研制与开发以及环境监测等领域。着重介绍了微流控分析芯片的特点、工作原理及其分类,最后强调了微流控分析芯片的发展和应用。     

微流控通道加工技术的研究进展

在微流控芯片中,微通道是进行微分析的重要保证,其成型质量直接影响芯片的分析性能.从加工机理、技术特点以及适用范围等方面对激光直写加工、光刻加工、热压印技术、微细铣削加工和3D打印等微流控通道主要加工方法进行了阐述,并总结了这几种加工技术的优缺点,这为实际生产提供了一定参考.最后,对微流控通道加工技术的发展进行了展望,未...     

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。