1、微流控合成条件选择,2,表面改性技术,液滴技术,微混合与微反应技术,微流体驱动与控制技术,微反应器设计及制作,微流控合成条件选择,3,微反应器设计及制作,1、按反应类型分：,4,2、按载体形式分： 1）芯片微反应器 2）毛细管微反应器 1 3）特殊形状的特制微反应器,（1）,（2）,（3）,常用的芯片材料有：单晶硅片、石英、玻璃、有机聚合物如PMMA、PDMS、PC以及水凝胶优点：良好的生化相容性、光学性能，表面具有良好的可修饰性。下表为常见芯片制作材料的基本性能。,微反应器设计及制作,5,微反应器设计及制作,6,玻璃等芯片制作的主要步骤包括：涂胶、曝光、显影、腐蚀、去胶、键合。高分子聚合物芯
2、片的制作技术主要包括：热压法、模塑法、注塑法、激光烧蚀法、LIGA法和软刻蚀法等。,微反应器设计及制作,7,表面改性技术,微流控芯片中比表面积大，表面效应显著，表面重要性被强化。 微流控芯片材质多样，增加了芯片表面的复杂性。 微流控芯片中的芯片分离、反应和细胞培养等单元技术对表面性质的需求不同。,减小表面非特异性作用 增强表面特异性作用 提高表面稳定性,8,表面改性技术,9,微流体驱动与控制技术,10,1、机械驱动包括： 离心力驱动，气动微泵驱动，压电微泵驱动。,微流体驱动与控制技术,压电微泵驱动,向压电双晶片施加方波信号时,压电双晶片在电场的作用下发生周期性弯曲变形,进而驱动PDMS泵膜改变
3、腔体的容积。当压电双晶片带动泵膜向上移动时,泵腔体积增大,腔内流体的压强减小,使入口阀打开,同时出口阀关闭,流体在压差的作用下流入泵腔。,11,2、非机械驱动包括： 电渗驱动、热气微泵驱动、光学捕获微泵电渗驱动： 电渗驱动是当前微流控芯片中应用最广泛的一种流体驱动技术。,微流体驱动与控制技术,12,优势： 构架简单、操作方便、流行扁平、无脉动等。 劣势： 易受外加电场强度、通道表面、微流体性质及传热效率等因素影响，稳定性相对较差。,微流体控制是微流控芯片实验室的操作核心，在微流控芯片实验室所涉及的进样、混合、反应、分离、检测等过程都是在可控流体的运动中完成的。微流体控制主要包括电渗控制和微阀控
4、制。,微流体驱动与控制技术,13,微阀控制,特征：低泄露、低功耗、速度快、线性范围广、适应面广 举例：双晶片单向阀原理图,微流体驱动与控制技术,14,微混合和微反应技术,1、微混合,由于一般微流控装置流体状态以层流为主，因此微流控的微混合主要依靠扩散,提高层流条件下混合效率的主要原则为：,拉伸或折叠流体以增大流体的接触面积； 利用分散混合设计，通过管路几何交叉设计将大的液流拆分并重新组合，从而减小液流厚度，实现更有效混合。,15,微混合器的分类汇总3,微混合和微反应技术,16,17,微混合和微反应技术,液滴技术,18,一种在微尺度通道内，利用流动剪切力与表面张力之间的相互作用将连续流体分割分离
5、成离散的纳升级及以下体积的液滴的微纳技术。它是近年来发展起来的一种全新的操纵微小液体体积的技术3。主要有气-液相液滴和液-液相液滴两种。气-液相液滴由于容易在微通道中挥发和造成交叉污染而限制了其应用。液-液相液滴根据连续相和分散相的不同又分为水包油( O/W) ，油包水( W/O) ，油包水包油( O/W/O) 以及水包油包水( W/O/W) 等，可以克服液滴挥发、交叉污染等缺点，因而是微流控液滴技术发展的侧重所在。,19,液滴技术,参考文献4,1、液滴的形成,水溶液和油同时从不同的微通道中流出，当通道疏水时，油浸润通道，包裹水溶液形成油包水（W/O）型液滴；若通道亲水，过程相反，形成水包油（
6、O/W）型液滴。,液滴技术,20,2、液滴的优点,1）体积小所需样品微量，适合高通量筛选反应和某些样品来源有限的反应 2）样品无扩散,液滴技术,21,3）反应条件稳定除了消除样品分子的扩散之外，水分子的蒸发也因油相的包围而受到抑制，液滴内的反应条件几乎不受外界影响 4）样品间的交叉污染得以避免,液滴技术,22,5）混合迅速,液滴在通道中运动时，在液滴内部将以运动方向为 轴，形成两个循环回流。,液滴技术,23,3、液滴的操控技术,1）反应物的引入 A、直接进样当反应比较简单时，可用注射泵直接将反应物包入液滴。,液滴技术,24,B、毛细管进样高通量筛选需不断改变液滴的组成和浓度，为实现此目标，可将
7、不同的待测样品预先吸入毛细管中，形成一系列体积较大的液滴，然后将该毛细管与微流控芯片连接在注射泵的推动下与反应物形成小液滴并开始反应。,液滴技术,25,2）液滴的融合和分裂,A、液滴融合两种液滴融合的思路：现在芯片的不同位置平行的形成不同的液滴，控制好各液滴生成的速度，在芯片特定的位置汇合，在表面张力或静电力的作用下，两液滴融合。,液滴技术,26,B、液滴的分裂 液滴分裂主要依靠通道结构实现,液滴技术,27,28,C、液滴的捕获5,6在没有通电时，液滴会沿着主通道流向下游; 通电时，液滴会产生极化现象，在介电电泳力的作用下液滴被捕获到微孔中,注意： ITO 铟锡氧化物In2O3 - SnO2
8、它们的氧化物具有半导体特点,通常用它们做成膜电极.,4、液滴的应用,随着液滴技术的发展成熟，对液滴的研究逐步转向应用，比较成功的例子包括：蛋白质结晶研究、酶分析、细胞分析、材料制备和复杂过程模拟等。,29,液滴技术,30,参考文献,1张东堂,程昌,汪夏燕,夏定国. 微流控法合成石墨烯负载的PtNi燃料电池阴极催化剂及其性能J. 过程工程学报,2013,04:698-702. 2游炜臻. 玻璃基微流控芯片电渗泵D.厦门大学,2009. 3朱丽,侯丽雅,章维一. 微混合器研究进展J. 微纳电子技术,2005,04:164-171+199. 4陈九生,蒋稼欢. 微流控液滴技术:微液滴生成与操控J. 分析化学,2012,08:1293-1300. 5 Li C M,Wang W,Yang C Lab Chip,2009,9( 11) : 1504 1506 6 Li C M,Wang W,Yang C,Cui X Q,Bao Q L Microfluidics and Nanofluidics,2010,9( 6) : 1175 1183,恳请诸位批评指正,
