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。微流控芯片的流体驱动与检测。山西微流控芯片分析仪
高聚物材料加工工艺:是以高聚物材料为基片加工微流控芯片的方法主要有:模塑法、热压法、LIGA技术、激光刻蚀法和软光刻等。模塑法是先利用半导体/MEMS光刻和蚀刻的方法制作出通道部分突起的阳模,然后在阳模上浇注液体的高分子材料,将固化后的高分子材料与阳模剥离后就得到了具有微结构的基片,之后与盖片(多为玻璃)封接后就制得高聚物微流控芯片。这一方法简单易行,不需要高技术设备,是大量生产廉价芯片的方法。热压法也需要事先获得适当的阳模。天津数字微流控芯片微流控芯片技术用于单细胞分析。
微流控芯片在技术优势上是一个交叉科学的高度集成芯片,可以实现自动完成分析全过程。由于它在生物、化学、医学等领域的巨大潜力,已经发展成为一个集生物、化学、医学、流体、电子、材料、机械等为一体的高科技生物传感芯片。
目前针对加工技术的研究领域中,飞秒激光直写技术通常采用的是双光子聚合原理,该原理的基础来自于双光子吸收。简单地来讲,就是光聚合材料在光强足够大的条件下,同时吸收两个近红外光子,材料发生越来越多的光聚合反应。飞秒激光凭借着自己波长大的特性,可以很轻松地穿过材料抵达内部,使材料发生反应而聚合。科学家利用此原理,可以编制程序控制一束激光束逐点扫描建立起3D微纳结构,比如利用双光子吸收诱导光刻胶聚合。光刻胶是一种光敏材料,市面上以正胶和负胶较为常见,分别应用于激光非辐照区和辐照区的加工。除了可以用在聚合物上,双光子吸收还可以用于MEMS微机械制造,形成一些光化学或光物理机制。目前为止,光刻胶、微结构金属、碳材料等等都可以通过多光子的吸收过程进行加工,由此可以看出,双光子聚合具有比较多的可加工材料。
大脑微流控芯片:与神经元和细胞间相互作用直接相关的因素在脑组织功能的情况下起着重要作用。大脑及其组织的研究在很大程度上是复杂的,这使得诸如培养皿或培养瓶之类的2D模型无效,因为这些系统无法模拟大脑的实际生理环境。为了克服这一局限性,研究人员目前正在研究开发大脑微流控芯片平台,可以在先进的小型化工程平台下研究大脑的生理因素,该平台可以通过多步光刻技术制备。它通过制造不同尺寸的微通道进一步实现了对脑组织的研究。单分子免疫芯片是微流控技术在超高灵敏度生物检测领域的一大应用。
肾脏组织微流控器官芯片(KoC):传统方法或常规方法的局限性,例如细胞功能和生理学的变化或不适当,使得肾单位的病理生理学研究不准确且容易出错。相比之下,与微流控技术的集成已被证明可以产生更好和更精确的结果。KoC基本上是通过将肾小管细胞与微流控芯片技术相结合来制备的。它主要用于评估肾毒性。在临床前阶段能筛查出2%的失败药物,利用微流控技术能在临床阶段后检测出约20%的失败药物。这证明了使用KoC在单个微型芯片上研究人类肾单位的合理性。微流控芯片高聚物材料加工工艺。山西微流控芯片分析仪
微流控技术能够把样本检测整个过程集中在几厘米的芯片上。山西微流控芯片分析仪
心脏组织微流控芯片(HoC)是一种先进的OoC,它模仿了服用剂型或特定药物分子后人类心脏的整体生理学。使用该芯片已经观察到一些不良反应。Mathur等人在2015年证明了动物试验不足以估计测试药物分子相对于人体的确切药代动力学和药效学。为此,微流控芯片技术在心血管疾病研究,心血管相关药物开发,心脏毒性分析以及心脏组织再生研究中起着至关重要的作用。Sidorov等人于2016年创建了一个I-wired HoC。他们检测到心肌收缩,这是通过倒置光学显微镜测量的。此外,工程化的3D心脏组织构建体(ECTC)现在能够在正常和患病条件下复制心脏组织的复杂生理学。图1C显示了心脏组织微流控芯片的示意图,其中上层由心脏上皮细胞组成,下层由心脏内皮细胞组成。两层都被多孔膜隔开。它还包括有助于抽血的真空室。山西微流控芯片分析仪