微流控化学研究

一、简介

根据研究领域的不同，微流控芯片实验室可简单划分为微流控芯片化学实验室、微流控芯片生物实验室、微流控芯片光学实验室以及微流控芯片信息实验室等。其中，最早形成的是微流控芯片化学实验室中的微流控芯片分析化学实验室.。分析化学是微流控芯片最早最直接的应用领域之一，微流控芯片分析化学实验室的构建和完善是21世纪前20年分析化学发展的一个主流趋势。

二、分类

1、分子水平

微流控分析化学实验室的第一轮应用是在分子水平上, 除了离子和小分子的分离分析外， 在以蛋白质、核酸等生物大分子为对象的研究中更显示出其操作单元规模集成和灵活组合的优势，引起了研究者的广泛关注。

分子层面应用最重要且相对最成熟的一类对象是核酸。核酸研究是迄今为止微流控芯片应用最有说服力的领域之一，其范围已由对简单核苷酸的分离分析过渡到以复杂的遗传学分析、基因诊断等为目的的生物医学领域。

随着人类基因组计划的实施和推进，生命科学研究已进入了后基因组时代，在这个时期，最具有代表性的工作是蛋白质组学研究。随着微流控芯片技术的快速发展，其作为蛋白质研究平台的优越性日益明显。有关蛋白质分析的各种单元技术，包括样品预处理、分离和检测等都已经在微流控芯片上实现。

2、分子细胞水平

细胞无疑是下一轮微流控芯片应用的重点。微流控芯片的潜力将在细胞研究中充分发挥。尽管在现阶段，与分子层面的工作相比，细胞研究相对滞后，但随着单元技术的日趋成熟，以及更多的医学、生物学领域专家的介入，这一层面的研究将有可能成为微流控芯片应用研究的主流。芯片上的细胞单元操作有其特殊性， 培养、捕获、分选及裂解等明显有别于分子层面的各种技术。在同一芯片上集成细胞培养、输运、清洗、破碎、样品纯化和电泳分离等操作单元，把整个复杂的研究过程纳入全局控制和总体规划，将极大地提高优化过程的效率。简化程序，减少人为控制引起的误差，更易被生物学家所接受，并获得传统方法难以实现的时空分辨信息；此外，微流控芯片上流体的二维甚至三维流动，使得对细胞进行更加复杂的物理和化学操作成为可能， 因而也适于对单细胞进行更加复杂和全面的分析，并可满足组学及谱学研究对多维分离分析的需求。

这是在同一块芯片上同时实现分子层面和细胞层面双重分析的典型例证。此芯片可以同时完成药物代谢的分子检测和代谢过程对药物细胞毒性的影响评价，为进一步的药物代谢和药物相互作用研究奠定了良好的基础。

3、细胞水平

微流控芯片用于细胞研究的应用范围主要包括细胞状态、细胞功能和细胞组分研究3 个方面。微流控芯片将多种单元技术灵活组合和规模集成的特点，与传统的多孔板技术相比，省去了配制和分配多种药物不同浓度溶液的繁冗操作，大大简化了细胞接种、受激、洗涤和标记操作过程, 显著降低了细胞和试剂耗量, 具有重大应用前景。

4、模式生物水平

除分子水平、细胞水平的应用之外, 近几年微流控芯片分析化学实验室开始向动物水平拓展。而其可微型化、大规模集成和快速运行的特点可使线虫的分析低耗、快速和大规模地进行。

三、微流控化学分析实验室设备配套

进样泵系统

注射泵/蠕动泵：支持高精度流体控制。

压力驱动泵：适用于高压环境。

电/光驱动泵：用于特殊场景（如电场力或光控驱动）。

流体检测与控制系统

流量计/压力传感器：实时监测流速和压力。

多通道切换阀：实现多路液体切换（如八通道切换阀）。

温控模块：维持芯片内恒温（如37℃恒温控制）。

微流控芯片系统

芯片材质：玻璃、PDMS、PMMA等，支持定制化通道设计（如液滴生成、微混合器）。

表面处理：亲水/疏水改性、生物蛋白固定等。

分析与检测系统

光学检测：荧光显微镜、拉曼光谱仪。

电化学检测：阻抗分析仪、、电位/电流检测模块。

化学发光检测：光电倍增管（PMT）用于超灵敏信号采集。

二、辅助设备与配件

储液与连接组件

储液池：兼容1.5mL至150mL容器，支持高压灭菌（如Elveflow储液池）。

导管与适配器：PTFE/Tygon管材、1/16英寸OD标准接头。

去泡器：消除液体气泡干扰。

自动化与控制设备

控制器：集成PID控制，支持多设备联动。

真空泵：无油低噪设计。

环境控制模块

磁驱动系统：用于液滴操控（如磁珠转移）。

静音空气压缩机：提供洁净压缩空气。