微流控液滴技术和微流控进展

微流控是指对微尺度流体，特别是亚微米结构进行精确控制和操控的一种技术，芝加哥大学Rustem F. Ismagilov教授Z早提出了微流控芯片，并且在以后的几年获得了广泛的关注与应用。微表明了如下特性：（1）装置本身占用体积小（2）能量消耗低（3）体积微小（4）容量微小。

液滴技术

概念

在微尺度通道内，通过流动剪切力和表面张力之间的作用分割分离连续流体从而使得离散的纳升级或者小于纳升级体积的液滴形成的一种微纳技术，这种全新的对微小液体体积进行操纵的技术在近年来发展了起来。

液滴的技术

1.液滴的形成

从不同的微通道同时有油和水流出，当通道进行疏水的时候，通过被油浸润，水溶液被油包裹从而使油包水型液滴形成。如果通道亲水，那么就会有相反的过程，会使水包油型液滴形成。

2.液滴的优点

（1）稳定的反应条件

不仅能够使得样品分子的扩散消除以外，还由于邮相的包围从而限制了水分子的蒸发。外界的因素几乎不会对液滴内的反应条件产生影响。

（2）避免了样品之间的交叉污染

（3）能够迅速地混合

（4）体积小

只需要微量的样品，当某些样品的来源有限或者进行高通量筛选反应时适合使用。

（5）样品不扩散

3.液滴的操控

（1）引入反应物

a、毛细管进样

高通量筛选需要对液滴的组成和浓度进行不断的改变，为了使这个目标实现，可以预先在毛细管中吸入不同的待测样品，使得一系列体积较大的液滴形成，之后连接微流控芯片和毛细管，并且在注射泵的推动下，和反应物开始反应并且使小液滴形成。

b、直接进样

如果反应比较简单，那么可以直接利用注射泵将反应物包入液滴。

（2）融合和分裂液滴

a、融合液滴

首先在芯片的不同位置使得不同的液滴形成，将各个液滴生成的速度控制好，在芯片特定的位置汇合，两液滴在静电力或者表面张力的作用下融合。

b、分裂液滴

主要依靠通道结构来实现液滴的分裂。

c、捕获液滴

如果没有通电，液滴会沿着主通道向着下游流动，如果通电，那么液滴就会产生极化现象，在介电电泳力的作用下液滴会被捕获进微孔中。

4.液滴的应用

伴随着液滴技术渐渐地发展成熟，液滴技术也逐渐地由研究向应用发展，复杂过程拟、材料制备、细胞分析、酶分析以及蛋白质结晶研究均是比较成功的例子。

进展

Z初，微流控分析芯片只是作为纳米技术革命的一个补充存在，微流控分析芯片的商业化生产在经历了大肆宣传及冷落的不同时期后Z终得以实现。“芯片实验室”（lab-on-a-chip）为微流控分析芯片在美国Z初的名称，“微整合分析芯片”（micrototal analytical systems）则是其在欧洲的名称。尽管微流控芯片和“摩尔定律”所预测的半导体发展速度相比远远不及，然而其还是随着微电子学以及材料科学、微纳米加工技术所取得的突破性进展而发展的极其迅速。早期限制其发展的制造加工和应用方面的问题如今依然对微流控技术发展有所阻碍。上世纪80年代末至90年代末在研究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，微流控技术取得的进步也非常的大。如今将研究特别是生物传感器的研究，往集成方面集中，使得具有chao强运行能力的多功能芯片开发制造了出来。美国圣母大学(University of Notre Dame)的Hsueh-Chia Chang博士与微生物学家和免疫检测专家合作研究，使得微流控分析设备检测细胞和生物分子的速度和灵敏性得到了提高。