微流控芯片检测技术进展

对近年来用于微流控芯片的光学检测(包括荧光、吸收光度和电化学发光检测等)、电化学检测(电导检测、电位检测及安培检测)的发展和其他一些检测方法的研究成果进行了综述,随着微加工技术的不断发展,高速多通道检测以及集成多种方法的高通用性微流控检测芯片都将成为未来的研究热点。     

集成一次性微流控芯片的便携式荧光检测系统

本文研究了一种新型的生物化学分析系统,该系统包括便携式荧光检测仪和带光纤的微流控芯片．采用基于MEMS技术的微泵将待测物与荧光试剂的混合物导入微流控芯片,采用PMT检测受激发产生的荧光,荧光强度与待测物浓度成一定比例．激发光则通过光纤将光源LED光信号导入微沟道中．随着液体在微沟道中的流动,可连续分析和检测不同的样品．该系统检测1～1000μg／L浓度的荧光素具有0．966的相关系数．基于荧光猝灭原理,该系统还可检测浓度为5ng／μL的硝基化合物．该生化分析系统除具有便携式和一次性微流控芯片优点外,还具有成本低．试剂、样品消耗量少,且分析时间短等优点该系统能实现现场检测,可应用于临床诊断、环境检测及生物战剂检测等领域     

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.     

用于激光制备生物微流控芯片工艺研究的生物PCR荧光分析方法

激光制备微流控芯片工艺研究的生物聚合酶链式反应(PCR)荧光分析方法是利用生物PCR反应中荧光的变化规律特性,从检测结果与参照检测标准的比较依据出发,在生物芯片的实际使用工作状态下获得分析数据.对造成达不到设计工作状况现象的内在混合诸方面工作参数进行分解分类和分析.用于微流控芯片工艺的生物PCR荧光分析方法的相关装置采用了多光路光纤校准,获得了荧光检测良好的重复性和稳定性.该装置对标准模板上模拟微通道中不同荧光信号的分辨率(平台区荧光强度信号值＞10×本底信号区荧光强度信号值)表明:已建立的生物PCR荧光分析装置能分析微流控芯片的工艺参数,实现了用于激光制备生物微流控芯片工艺的PCR荧光分析方法.     

PMMA微流控检测芯片的设计与制作

设计并制作了一种PMMA（polymethyl methacrylate）材料的微流控检测芯片,将外界气体驱动液体用于实际水样的分析和检测．利用精密加工的方法加工出芯片的整体尺寸为86mm×60mm×4．5mm．采用溶胶-凝胶的改性方法对微通道管路进行亲水处理,正硅酸乙酯的水解缩合生成了一层溶胶．凝胶覆盖在PMMA表面,从而大大提高了亲水性．在室温下对芯片进行键合,溶剂为二氯乙烷和无水乙醇按1：1混合的混合液．该方法避免了微通道的坍塌,有效防止了堵塞．实验证明,芯片接触紧密,且冲击强度能够满足要求．同时,芯片上集成了多个阀．阀膜选用0．5mm厚的硅胶膜,采用硅橡胶做黏合剂     

环烯烃聚合物(COP)微流控芯片的制备及其与聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微流控芯片的性能对比

采用热压方法制备了环烯烃聚合物(COP)微流控芯片.考虑到温度对微结构热压成形的质量影响最大,基于材料的粘弹性特性,通过变温准蠕变实验获得了热压参考温度Tr.实验证明,在该温度下热压成形,宽度和深度方向的复制精度分别达到了97.6%和94.3%.为了研究制备的COP微流控芯片的性能,将其和同一模具制备的PMMA微流控芯片进行了性能对比实验.通过背景荧光实验、电泳实验和DNA分析实验三方面的研究表明,与PMMA芯片相比,COP芯片背景荧光低,电泳效率高,检测重现性相对标准偏差小于2.5%,适用于生化分析.     

PDMS微流控电泳芯片的快速制备

采用Protel软件绘制微流控沟道的形状,利用电路板制作技术加工出模具.该芯片由PDMS基片和PDMS盖片组成,微流控沟道位于基片上,深度和宽度分别为75μm和100μm,由盖片对其进行密封.考察了有绝缘漆模具和无绝缘漆模具制作的芯片的电泳分离情况.在所制作的PDMS微流控电泳芯片上对用异硫氰酸酯荧光素标记的氨基酸进行了电泳分离,当信噪比S/N=3时,最小检测浓度达到0.8×10-11mol/L.     

微流控芯片模具非平面微电铸技术

研究了微流控芯片中大线距/线宽比条件下的UV-LIGA制作工艺.针对微电铸的要求,优化了大面积SU8曝光的工艺;通过计算机模拟分析和实验验证手段,提出了一种非平面微电铸方法,有效的解决了大线距/线宽比条件下的UV-LIGA工艺,为微流控器件的批量化制作成奠定了坚实的基础.     

基于微流控芯片的一种蛋白检测方法

利用MEMS技术制作石英玻璃材料的微流控芯片,在自行研制的紫外可见吸收检测系统上,实现了芯片上对牛血清蛋白BSA、人免疫球蛋白IgG和人转铁蛋白TRF及它们的混合溶液的分离检测,结果重复性较好。实验提供了一种微流控芯片分离检测蛋白的手段,它是一种快速低成本的检测蛋白的方法。     

基于微流控技术的呼吸道病毒可视化免疫检测研究

利用微流控芯片技术,开发了一种集成、快速、简单的免疫微流控芯片,通过胶体金显色反应对4种呼吸道病毒抗原进行可视化免疫检测。结果表明,芯片对甲型流感抗原、乙型流感抗原、呼吸道合胞病毒抗原和新型冠状病毒抗原的检出限分别为37.6 ng/mL、17.8 μg/mL、112.5 ng/mL和0.05 ng/mL,检出时间为10 min,特异性良好。此方法可实现呼吸道病毒抗原的现场快速检出,及时区分新型冠状病毒肺炎与普通呼吸道感染,可提高疫情防控效率。     

玻璃微流控芯片的制作

玻璃微流控芯片的研究在近十年得到了重视 ,但是多数研究基于 7740玻璃制作 ,由于基材需要抛光以及涂覆掩蔽层 ,价格昂贵 .作者研究了一种在商品化的SODA LIME玻璃 (掩蔽层为厚度 14 5± 15nm的Cr和 5 75±2 5nm的光刻胶S10 8)上制作微流控芯片的方法 ,减少了对掩蔽层溅射设备的需求 ,降低了生产成本并缩短了生产周期 .采用照相制版的方法制作沟道宽度为 5 0 μm的掩模 ;光刻后根据沟道深度要求选择腐蚀液湿法腐蚀沟道 ;优化超声钻孔仪的电流参数制作直径 3mm的储液池 ,清洗后采用热键合对芯片进行封接 ;最后在有效分离长度为3 5mm的芯片上实现多组分样品分离 ,采用激光诱导荧光获得检测信息     

A Nanostructured Microfluidic Immunoassay Platform for Highly Sensitive Infectious Pathogen Detection

Rapid and simultaneous detection of multiple potential pathogens by portable devices can facilitate early diagnosis of infectious diseases, and allow for rapid and effective implementation of disease prevention and treatment measures. The development of a ZnO nanorod integrated microdevice as a multiplex immunofluorescence platform for highly sensitive and selective detection of avian influenza virus (AIV) is described. The 3D morphology and unique optical property of the ZnO nanorods boost the detection limit of the H5N2 AIV to as low as 3.6 × 10³ EID₅₀ mL^?1 (EID₅₀: 50% embryo infectious dose), which is ≈22 times more sensitive than conventional enzyme‐linked immunosorbent assay. The entire virus capture and detection process could be completed within 1.5 h with excellent selectivity. Moreover, this microfluidic biosensor is capable of detecting multiple viruses simultaneously by spatial encoding of capture antibodies. One prominent feature of the device is that the captured H5N2 AIV can be released by simply dissolving ZnO nanorods under slightly acidic environment for subsequent off‐chip analyses. As a whole, this platform provides a powerful tool for rapid detection of multiple pathogens, which may extent to the other fields for low‐cost and convenient biomarker detection.     

微流控芯片微沟道的超声压印制作

作为一种新型聚合物微结构成形方法,超声波压印具有成形速度快和基片整体变形小的特点,但是微结构在较大面积成形时存在均匀性较差的问题．本文面向微流控芯片中微沟道的超声波压印成形,通过设计正交实验和有限元仿真研究的方法,分析了超声压印工艺参数对微流控芯片成形质量和均匀性的影响原因及规律．结果表明,可以通过优化超声波压印压力、振幅和超声波作用时间提高压印均匀性．其中超声波压印压力对成形精度和均匀性的影响最大．采用优化后的工艺参数进行实验,在48mm×32mm面积的PMMA微流控芯片基片上成形了微沟道,微沟道的复制精度优于95．6％．片上3点的均匀性为98．0％．     

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.     

利用CO2激光法快速制造PMMA基材的微流控分析芯片

提出一种广泛使用的CO2激光法,以直接读写烧蚀的方式,进行快速的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）基材的微流控分析芯片的制造.利用此方法所制造的微流道,将以扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）及表面轮廓仪进行各项表面性质的分析.本文所发展的CO2激光烧蚀法,提供了一个可广泛使用及具有经济效应的PMMA基材的微流控分析芯片的制造方法.在此激光制程法中,微流控分析芯片的制造图案可由商业的套装软件绘制而成,再传输至激光系统中进行烧蚀微管道,结果显示利用离焦法的激光制程技术,在没有退火处理的情况下,就可以获得表面相当平滑的微流道,表面粗糙度小于4nm.     

不可逆封合微流控芯片中高活性蛋白质阵列的制备

保持生物分子的高活性是在不可逆封合微流控芯片中构筑微阵列芯片的关键问题.首先,利用MEMS技术和表面修饰方法制作了一种聚二甲基硅氧烷(PDMS)/玻璃芯片.应用光刻技术制作了PDMS盖片上的通道,同时用光刻剥离技术制作了玻璃基片上的金膜图案.进而,使用双官能团修饰剂3-氨丙基三甲氧基硅氧烷(APTMS)在玻璃基体和金膜图案上进行选择性表面修饰以吸附形成蛋白质阵列,并在其上覆盖一层水溶性聚乙烯醇(PVA)来保护蛋白质,既可避免其在加热处理过程中的高温伤害,又能防止在PDMS盖片与玻璃基片进行不可逆封合过程中的氧等离子体轰击造成的活性伤害.然后,通入水溶液冲洗除去PVA膜.使用荧光显微镜和原子力显微镜(AFM)考察蛋白质阵列质量,并结合免疫反应实验和细胞捕获固定实验评估蛋白质阵列的活性.结果表明,使用该方法可在不可逆封合的微流控芯片制作中构筑具有直径为200μm的高分辨率蛋白质阵列图案,蛋白质保持高的免疫活性,且可用于固定Hela细胞.