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微流控

技术优势    2022-03-17 16:29

微液滴芯片是在传统的单相微流控芯片技术发展而来的,最早由芝加哥大学Rustem F. Ismagilov教授首先提出三入口T型微液滴芯片设计,并在之后的几年中得到广泛关注和应用。与单相微流控系统相比,由于其水/油两相分离的特征,具有如消耗样品和试剂量更少,混合速度更快,不易造成交叉污染,易于操控等优势。因此,在污染物快速高通量检测,生物样本分离、培育,观察化学反应进度等领域中有着重要的应用。

 

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 (二) 技术优势

微流控芯片微液滴操控系统具有一系列潜在优势:

1)样品需求少。在满足检出限要求范围内,可将分析样品根据实验需求由连续流分割为分散流(微液滴) ,从而避免了因连续流充满整个通道而造成的试剂浪费。另外,微液滴体积为纳米级,从而减少分析时对样品和试剂用量的需求,这一点在医药中间体等珍贵样品的分析上显得尤为重要。

2)混合速度快。很多时候对样品的分析都涉及到物质的混合反应,当流体通道尺寸减小到微米级时,由于雷诺系数太小(0. 01~100) ,微通道内流体成稳定的层流状态,所以很难实现快速均匀的混合,而微液滴只需数秒甚至数微秒便可以在蜿蜒的通道内实现快速均匀的混合。

3)装置操作简单。微流控连续流系统因通道内样品溶液相互贯通,所以在检测分析时对微芯片整体的密封性要求很高,不能有死体积,更不能有泄露之处,有时还需要集成很多阀门,所以整体装置制作工艺较为复杂。而离散化微液滴操控系统因其分析单元为微液滴,作为一个完整分析单元的微液滴之间并无直接关联,所以在一定程度上降低了对芯片的制作要求。同时,通过调节流体流速比即可改变微液滴内组分含量和微液滴间的混合。如果采取多相流法,只需几个微量注射泵和一套检测系统便可以实现在微流控芯片上对微量物质的合成和检测。

从微液滴产生结构划分,可将其分为T型结构(T-junction),流动汇聚型(flow focusing)和共轴聚焦法(Co-flow)。

 

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4)重复性好。现在被广泛用于制作微流控芯片材料的聚二甲基硅氧烷( PDMS)对气体有一定的通透性,这对于那些以PDMS为芯片材料,且对实验环境要求苛刻的分析研究会造成一定影响。但微液滴被互不相溶的惰性连续相包埋其中,这大大增强了微液滴内活性组分的抗干扰性。另外,每个微液滴都是一个独立的分析单元,因此相应地提高了检测的重复性。

5)易于精确操控。基于介质的电润湿法在操控单个微液滴上已显示出了强大的灵活性,通过电脑编程控制可精确地实现通道内微液滴的传输、混合和分离。同时,通过不断优化对芯片通道的设计以及对相关理论研究的深入,多相流法同时对大量微液滴的精准操控技术也将越来越成熟。

正是因为微流控芯片离散化微液滴操控系统具备以上优势,从而有望为分析工作者提供更快捷有效的分析方法。