什么是微流控技术?微流控技术是一门精确控制和操纵流体的科学技术,这些流体在几何空间上被限制在小规模流道中,通常流道系统的直径低于100µm。对于科学家和工程师来讲,微流体一词的使用方式存在不同;对许多教授来说,微流控是一个科学领域,主要应用于通过直径在100微米(µm)到1微米之间的流道研究和操纵微量流体。对微流控工程师来讲,微流控芯片(通常称为:生物MEMS芯片)的制造,主要是为了引导流体在直径为100µm至1µm的流道系统中流动。微流控芯片的前景是什么?重庆微流控芯片的发展
肠道微流控芯片(GoC):GoC系统模仿人类肠道的生理学。它解释了肠道的主要功能,即消化、营养物质的吸收、肠神经的调节、体内废物的排泄、以及伴随微生物共生体的人体肠道的病理生理学。GoC模型主要用于精确复制具有所需微流控参数的肠道体内环境。Kim等人研究了当人类GoC被肠道微生物群落占据时肠道的蠕动运动。通过对齐两个微通道(上部和下部)来设计微型器件,该微通道雕刻在PDMS层上,该PDMS是通过基于MEMS的微纳米制造工艺制作的模板翻模制备而来,且PDMS层由涂有ECM的多孔柔性膜隔开。如图所示,该装置被模仿人类肠道生理学的人肠上皮细胞包裹。这样的系统可以模拟人类肠道在某些特定因素下的蠕动运动,即流体流速。浙江微流控芯片企业微流控芯片的基本实现方式有:MEMS微纳米加工技术、光刻、飞秒激光直写、LIGA、注塑、刻蚀等等;
apparatus微流控芯片(OoC):OoC是一种微工程3D体外组织模型,其中微区室通过几个微流控通道连接。它有助于复制任何apparatus的生理环境。此外,它也可用于生化分析。在药物发现过程中,重要的是在进行临床试验之前预测任何药物的作用。这一步通常既费时又昂贵。相反,OoC使用微制造技术以简化模拟apparatus的整个生理部分。它通过减少临床前测试和人体试验之间的差距来降低成本并提高吞吐量。Franzen等人对此进行了处理,估计每种新药的研发成本下降了10-26%,因此显示出积极的成本影响。
基于微流控技术的生物医学,应用微流控技术在药物筛选、蛋白质组学、医学诊断、生物传感器和组织工程等方面有着很好的应用前景。微流控芯片技术在药物开发、农药残留分析、检测和食品安全传感中发挥着重要作用,芯片也可以与其他各种设备集成,即比色计,荧光计和分光光度计。它有助于监测hormone secretion、与HPLC结合的肽分析、肿瘤细胞代谢分析以及其他一些应用。在药物分析层面,它主要强调化学部分的鉴定、表征、纯化和结构阐明。据报道,在分析过程中,有几个重大挑战可能会阻碍结果,即吞吐量低、需要大量样品或试剂、过程中准确性降低和繁琐。在这种情况下,采用微流控芯片技术来减少这些挑战。利用微流控芯片对自身抗体检测。
生物传感芯片与任何远程的东西交互存在一定问题,更不用说将具有全功能样品前处理、检测和微流控技术都集成在同一基质中。由于微流控技术的微小通道及其所需部件,在设计时所遇到的喷射问题,与大尺度的液相色谱相比,更加困难。上世纪80年代末至90年代末,尤其是在研究生物芯片衬底的材料科学和微通道的流体移动技术得到发展后,微流控技术也取得了较大的进步。为适应时代的需求,现今的研究集中在集成方面,特别是生物传感器的研究,开发制造具有很强运行能力的多功能芯片。推动微流控芯片技术的进步。新型微流控芯片常见问题
肾组织脏微流控芯片的应用。重庆微流控芯片的发展
微流体的操控的难题:自动精确地操控液体流动是微流控免疫芯片的主要挑战之一。目前通常依赖复杂的通道、阀门、泵、混合器等,通过控制阀门的开关实现多步骤反应有序进行。尽管各种阀门的尺寸很小,但使阀门有序工作需要庞大的外部泵、连接器和控制设备,从而阻碍了芯片的集成性、便携性和自动化。为尽可能减少驱动泵等辅助设备以使系统小型化,Mauk等研究人员结合层压、柔韧的“袋”和“膜”结构来减少或消除用于流体控制的辅助仪器,通过手指按压充气囊或充液囊实现流体驱动。此外研究人员还尝试通过复杂的多层设计,更利于控制试剂加载、液体流动,如Furutani等人开发了一种6层芯片叠加黏合而成的光盘形微流控设备,每一层都有其特定功能,如加载孔、储液池、反应腔等,尽可能避免降低敏感性。重庆微流控芯片的发展
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