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    微流控系統

    簡(jiǎn)要描述:微流控是一種新興的微型化技術(shù),它將傳統的流體控制技術(shù)應用于微米和納米尺度中。這種技術(shù)利用微型管道和微閥門(mén)等微型制造工藝,在微米和納米級別上控制和處理微小液滴或單元,并實(shí)現高效、精確的分析和檢測。

    • 產(chǎn)品型號:MPE-L1
    • 廠(chǎng)商性質(zhì):生產(chǎn)廠(chǎng)家
    • 更新時(shí)間:2024-06-13
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    詳細介紹

      微流控是一種新興的微型化技術(shù),它將傳統的流體控制技術(shù)應用于微米和納米尺度中。這種技術(shù)利用微型管道和微閥門(mén)等微型制造工藝,在微米和納米級別上控制和處理微小液滴或單元,并實(shí)現高效、精確的分析和檢測。
     
      微流控技術(shù)是指一種用微米或納米級流道來(lái)控制、操作和分析微量液體的技術(shù)。它是將微型加工技術(shù)、微流體力學(xué)和生物分子分析等領(lǐng)域結合在一起,將生物分析、醫學(xué)診斷等領(lǐng)域推向了一個(gè)全新的高度。其主要應用于藥物篩選、基因組分析、細胞培養和分析、微生物分析、微流控診斷等領(lǐng)域。
     
      微流控系統的核心是微流體芯片,也稱(chēng)為實(shí)驗室芯片,該芯片通常由聚合物、玻璃、硅等材料制成,具有微米級別的通道和微結構,在不同的通道和反應腔中加入液體、細胞和生物分子,可以進(jìn)行多種復雜的生物和化學(xué)反應。
     
      常規來(lái)講,一個(gè)微流控系統應包含以下幾個(gè)子系統:
     
      1.流體驅動(dòng)子系統。
     
      2.過(guò)程監測及控制子系統。
     
      3.微流控芯片。
     
      4.檢測分析子系統。
     
      流體驅動(dòng)子系統此部分通常由微流體驅動(dòng)泵組成。壓力泵、注射泵和蠕動(dòng)泵是常用的微流體驅動(dòng)泵,可滿(mǎn)足多種微流控應用需求,其中,壓力泵常用于高穩定性微流體進(jìn)樣(如液滴制備),注射泵常用于中等精度和高壓微流體進(jìn)樣(如微流控石油驅替),蠕動(dòng)泵常用于低精度大流量循環(huán)流體進(jìn)樣。過(guò)程監測及控制子系統此部分通常由流量傳感器和各種閥門(mén)組合而成。在此子系統中,即可實(shí)現流量的反饋控制,同時(shí),結合閥門(mén)控制,也能實(shí)現流體的序列進(jìn)樣、循環(huán)進(jìn)樣和體積定量等多種流體操控。
     
      微流控系統包括流道、微閥、微泵、控制系統和檢測系統等組成部分。其中,微流道是系統中關(guān)鍵的部分,其直徑一般在幾微米到幾百微米之間,可以通過(guò)微加工技術(shù)制造成各種形狀的結構,例如直通流道、分支流道、交叉流道等等。微流道中的液體可以被精確地控制和分流,以實(shí)現微小管道中的控制和操作。微閥和微泵則是系統中用于控制流體運動(dòng)的設備,常用的驅動(dòng)方法有壓力、電動(dòng)、機械和化學(xué)驅動(dòng)等。
     
      控制系統是微流控系統中的另一個(gè)重要組成部分,可以通過(guò)電腦和專(zhuān)用軟件實(shí)現對運行和控制,并實(shí)時(shí)監測和記錄實(shí)驗數據。檢測系統則可檢測或讀取系統中液體的變化,例如檢測微流道中特定分子的濃度、檢測細胞狀態(tài)、檢測快速混合后反應物濃度等等。
     
      微流控是由生物、化學(xué)、醫學(xué)、流體、材料、機械、電子等學(xué)科交叉而成的創(chuàng )新型研究熱點(diǎn),既是一門(mén)通過(guò)微通道(尺寸為數十到數百微米)來(lái)研究流體力學(xué)的自然科學(xué),又是一門(mén)通過(guò)微型化設備來(lái)操縱微流體(體積為微升到納升)的系統技術(shù)。微流控系統在時(shí)間和空間上,都為分子濃度控制帶來(lái)了全新的技術(shù)解決方案,與傳統方法相比,微流控系統具有以下優(yōu)點(diǎn):
     
      (1)樣品體積很小,精度高:能用非常少的樣品得到很高效率的分析,比如在化學(xué)反應中立方毫米量級的液體就足以得到有效的反應,而且由于微流道細小,其反應區體積很小,所以化學(xué)反應的精度更高,可以有效地規避質(zhì)量誤差。
     
      (2)快速、靈敏:反應速度很快,這是因為在微流道中,可以做到混合、傳質(zhì)等過(guò)程,因此時(shí)間比大型反應設備快得多。此外,由于系統中液滴尺寸較小,因此靈敏度高。
     
      (3)節約成本,節能環(huán)保:由于用的是微型裝置,相比傳統方法,其所需的試劑量和能源消耗都大幅度減少,成本更低,又因為所需樣品很少,對環(huán)境污染的作用也大大降低。

    微流控

     


     
      微流控系統是一種利用微小通道和微結構來(lái)操控微流體的技術(shù),廣泛應用于生物醫學(xué)、化學(xué)和物理等領(lǐng)域。該技術(shù)具有高效、快速、可控性強等優(yōu)點(diǎn),對于微小尺寸的實(shí)驗和分析非常適用。
     
      其基本原理是將流體引導到微小通道中,并利用微型閥門(mén)、泵和混合器等微結構控制流體的流動(dòng)和反應過(guò)程。這些微小結構通常由微納加工技術(shù)制造而成,如光刻和電子束曝光。通過(guò)調節微型閥門(mén)和泵的開(kāi)關(guān)時(shí)間和頻率,可以在微通道中實(shí)現復雜的流體操作,如混合、輸送、分離等。
     
      該系統在生物醫學(xué)研究中得到廣泛應用,尤其是在細胞分析和診斷方面。以單細胞分析為例,傳統的方法需要大量的樣品和試劑,而該技術(shù)能夠將細胞單獨拍攝并分離,使得分析更加準確。同時(shí),還可以實(shí)現細胞的定向培養和轉移,進(jìn)一步推動(dòng)了細胞研究的進(jìn)展。
     
      除了生物醫學(xué)領(lǐng)域,還可以應用于化學(xué)和物理領(lǐng)域。例如,可以實(shí)現高通量的化合物篩選,從而加速新藥開(kāi)發(fā)的進(jìn)程。此外,還可以用于制備納米材料、液滴生成和懸浮液體的分離等方面。
     
      目前,隨著(zhù)科技進(jìn)步以及各行業(yè)對實(shí)驗室自動(dòng)化程度要求不斷提高,微流控系統在生命科學(xué)研究中得到了廣泛應用。下面介紹下其在細胞分析和藥物篩選方面的應用情況。
     
      1.在細胞分析中的應用
     
      細胞是復雜多樣性組成結構,在診斷與治療上發(fā)揮重大作用。而傳統方法如:培養皿法或者人工注射方式會(huì )帶來(lái)很多問(wèn)題,如無(wú)法滿(mǎn)足單個(gè)或群體細胞檢測需求;操作麻煩難以產(chǎn)生可重復結果;易誤差且可能感染交叉污染等缺陷問(wèn)題限制其使用范圍。微流控系統則可有效地解決這些問(wèn)題。
     
      通過(guò)微流控芯片的設計和制造,可以實(shí)現對單個(gè)細胞或群體細胞的分析、分類(lèi)、篩選等操作,并且具有高通量性能。例如,利用微流控技術(shù)結合荷蘭玫瑰素染料等方法,可以快速準確地檢測出腫瘤細胞中環(huán)氧酮還原酶活性的變化情況;又如在稀釋液相模式下,可以實(shí)時(shí)監控癌細胞與間質(zhì)交互反應及其影響方式,在后期進(jìn)行進(jìn)一步篩選和治療方案設計。
     
      2.在藥物篩選中的應用
     
      傳統藥物篩選過(guò)程復雜而耗費時(shí)間,需要大量人力成本投入到各類(lèi)測試樣品處理上面,導致效率低下且可能產(chǎn)生很多偏差結果。但是采用了本技術(shù)之后,能夠將處理精度提升至納米級別同時(shí)也提供了更加具有代表性的試驗數據。
     
      目前許多醫學(xué)科學(xué)家已經(jīng)開(kāi)始使用微型脂質(zhì)體作為載體來(lái)測定新型抗癌化合物活性及其副作用,大大提高了藥物研究的效率和質(zhì)量。同時(shí)還可以利用微流控芯片中多個(gè)單元通道進(jìn)行并行測試,快速地篩選出具有有效治療作用的化合物。
     
      該技術(shù)有著(zhù)廣泛的應用前景,但是由于其制造和操作較為復雜,仍然存在一些挑戰。例如,需要高精度的器件制造技術(shù)和對微流體行為的深入了解,以保證流體在微通道中的穩定流動(dòng)。同時(shí),還需要對微型閥門(mén)和泵等微結構的靈活控制能力進(jìn)行優(yōu)化,以提高可操作性和控制精度。
     
      總的來(lái)說(shuō),微流控系統是一種非常有前途的技術(shù),具有廣泛的應用空間。隨著(zhù)相關(guān)技術(shù)的不斷完善和提升,相信將會(huì )在生物醫學(xué)、化學(xué)和物理等領(lǐng)域繼續發(fā)揮重要作用,并推動(dòng)科學(xué)研究和工業(yè)應用的進(jìn)步。

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