微流体技术的概述

概念

       微流体技术是指在微观尺寸下控制、操作和检测复杂流体的技术，是在微电子、微机械、生物工程和纳米技术基础上发

展起来的一门全新交叉学科。

详细介绍

      与微电子技术不同，微流体技术不强调减小器件的尺寸，它着重于构建微流体通道系统来实现各种复杂的微流体操纵功能。

与宏观流体系统类似，微流体系统所需的器件也包括泵、阀、混合器、过滤器、分离器等。尽管与微电子器件相比，微通道的

尺寸显得相当大，但实际上这个尺寸对于流体而言已经是非常小。微通道中的流体流动行为与人们在日常生活中所见的宏观流

体流动行为有着本质的差别，因此微泵、微阀、微混合器、微过滤器、微分离器等微型器件往往都与相应的宏观器件差别甚大。

       为了精确设计微流体系统中所需的器件，首先要确定微通道中流体的流动性质。现在人们利用共焦显微镜成像技术可以方

便地对微通道中的流动过程进行量化，达到了以往无法实现的高分辨率。世界上第一个微流体器件由英国帝国理工大学

（Imperial College）的曼齐（A． Manz）、美国橡树岭国家实验室的拉姆齐（M． Ramsey）等科学家在1990年代初研制成功。

该器件是利用常规的平面加工工艺（光刻、腐蚀等）在硅、玻璃上制作的。尽管这种制作方法非常精密，但成本高，且不灵活，

无法适应研发需求。怀特赛兹（G． M． Whitesides）等人又提出一种“软光刻”微加工方法，即在有机材料上印制、成型出微结

构，从而能方便地加工原型器件和专用器件。另外这个方法还能构建出三维微通道结构，并能在更高层次上控制微流体通道表

面的分子结构。

      近年来微流体技术(Microfluidics Technology)的快速发展，已经在化学、医药及生命科学等领域上造成革命性的冲击。

现状

      而生物芯片更被视为是后基因时代(Post-Genome Era)用来解读基因序列之重要工具。微流体生物芯片目前受到极大的重视。

微流体芯片，又被称为“芯片实验室”（Lab-on-a-chip）。它是利用微机电技术将一般实验室所使用的分离纯化混合，以及酵素反

应等装置微小化到芯片上，以进行生化反应、过程控制或分析，其构造远较微数组芯片复杂得多，依其应用范围可再细分为：

样品前处理芯片、反应型芯片及分析型芯片等三大类。可对微量流体（包括液体和气体）进行复杂、精确的操作，如：混合和分

离微量流体、化学反应、微量分析等等。微流体芯片还可以在稀有细胞的筛选、信息核糖核酸的提取和纯化、基因测序、单细胞

分析、蛋白质结晶等方面发挥独特的作用。因为其具有体积轻巧、使用样品/试剂量少、反应速度快、大量平行处理及可抛弃式等

优点，因此在生物技术研究上的应用范围非常广泛。

喷射技术

      是最成熟的微流体技术，它使用直径小于100微米的孔来产生微滴。这项技术可用于输运微反应中的微量试剂，

以及将微量DNA样品分发到载体表面形成微阵列（参见DNA芯片制作中的化学喷射法、压电喷射原位合成法）。