微流控分析芯片的制作及应用PDF电子书下载

第1章　绪论 1

1.1 创新分析测试技术在21世纪科技发展中的地位 1

1.2 微型全分析系统和微流控芯片发展概况 1

1.3 微流控技术（Microfluidics）的定义 3

1.3.1 关于“Microfluidics”一词的中文译名 3

1.3.2 关于微流控技术的定义 4

1.4 微流控分析系统的特点 4

1.4.1 微流控分析芯片的结构与功能特征 4

1.4.2 微流控芯片与微阵列芯片（生物芯片）的区别 5

1.5 微流控技术与微流控芯片的发展趋势 6

1.5.1 引言 6

1.5.2 检测系统的微型化与集成化 6

1.5.3 试样引入与前处理系统的微型化和集成化 6

1.5.4　微流控芯片的规模集成化 7

1.5.5 专用型微流控分析仪器的发展 7

1.5.6 微流控分析的重点应用领域 7

参考文献 8

第2章　微加工技术基础 9

2.1 概述 9

2.2 材料 9

2.2.1 硅 9

2.2.2　石英和玻璃 10

2.2.3　硬质高分子聚合物 10

2.2.4　弹性聚合物 11

2.2.5 光敏聚合物 11

2.2.6 其他材料 12

2.3 光刻 12

2.3.1 掩膜制备 12

2.3.2 光刻胶 12

2.3.3 曝光及显影 15

2.3.4 刻蚀 17

2.3.5 高分辨刻蚀 19

2.4　聚合物芯片加工 19

2.4.1 原位成型法 20

2.4.2 注塑法 20

2.4.3 热压法 21

2.4.4 激光烧蚀 21

2.4.5　其他加工法 23

2.5 芯片的封合 23

2.5.1 热封合 24

2.5.2　胶黏剂封合 24

2.5.3 表面活化辅助封合 24

2.6　表面微加工 25

2.6.1 化学气相沉积（ChemicalVaporDeposition，CVD） 25

2.6.2 物理气相沉积 25

2.6.3 无极电镀 26

2.7　软刻蚀（SoftLithography） 26

参考文献 27

第3章　微流控芯片制作技术 28

3.1 玻璃微流控芯片的制作 28

3.1.1 玻璃微流控芯片的通用制作方法 28

3.1.2 玻璃微流控芯片的室温键合制作方法 29

3.1.3 用于紫外检测的玻璃微流控芯片的制作 30

3.2 热塑材料微流控芯片的制作 31

3.2.1 聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）微流控芯片的制作 31

3.2.2 聚碳酸酯（PC）微流控芯片的制作 37

3.3PDMS微流控芯片的制作 38

3.3.1PDMS微流控芯片的常规方法制作 39

3.3.2多层PDMS微流控芯片的制作 40

3.3.3具有功能组件的PDMS微流控芯片的制作 41

3.3.4PDMS微流控芯片模具的固体印刷法（Solid-objectPrinting）制作 43

3.3.5PDMS微流控芯片的两步注塑制作 44

3.4微流控芯片的表面改性技术 46

3.4.1玻璃微流控芯片表面改性技术 46

3.4.2　PMMA芯片的表面改性技术 49

3.4.3PC微流控芯片的表面改性技术 51

3.4.4PDMS微流控芯片的表面改性技术 51

3.4.5用于芯片微流体控制的表面改性技术 58

参考文献 61

第4章　微阀、微泵与微反应器的加工与应用 63

4.1微型阀在微流控系统中的应用 63

4.1.1有源阀 63

4.1.2无源阀 69

4.2微型泵在微流控系统中的应用 70

4.2.1机械微泵的工作原理 71

4.2.2压电微泵 71

4.2.3热气动力微泵 74

4.2.4静电微泵 74

4.2.5电磁微泵 74

4.2.6　钛镍合金微泵 75

4.2.7气动微泵 76

4.2.8电渗泵 77

4.2.9电流体动力微泵 80

4.2.10磁流体动力微泵 81

4.2.11以毛细和蒸发作用为驱动力的微泵 83

4.3微反应器加工与应用 85

4.3.1微化学反应器 85

4.3.2聚合酶链微反应器 88

4.3.3生化微反应器 91

4.4微反应器加热与温度控制技术 99

4.4.1PID控制算法 99

4.4.2分体接触式加热 101

4.4.3集成化接触式加热 101

4.4.4非接触式加热 103

参考文献 103

第5章　微流控分析系统实验参数测量技术 106

5.1微流控芯片结构尺寸测量技术 106

5.1.1扫描电子显微镜（SEM）测量技术 106

5.1.2　轮廓仪测量技术 107

5.1.3基于PDMS复制的CCD成像测量技术 108

5.2微流控系统温度测量技术 109

5.2.1系统外部测温技术 110

5.2.2基于液体物理参数变化的测温技术 110

5.2.3指示剂吸收光谱法测温技术 111

5.2.4热色液晶测温技术 111

5.2.5指示剂荧光强度变化的测温技术 111

5.2.6基于分子信标（MolecularBeacon）的测温技术 113

5.2.7基于激光的界面测温技术 113

5.2.8反向散射干涉测温法 114

5.3微流体流速测量技术 114

5.3.1集成化流速传感器测速技术 115

5.3.2　标记物测速技术 115

5.3.3　微粒成像测速技术 116

5.3.4共焦荧光检测测速技术 117

5.4微流体参数及状态的计算机模拟仿真 118

5.4.1温度分布的模拟仿真 119

5.4.2电动进样的模拟仿真 119

5.4.3电驱动体系中弯道流型的模拟仿真 121

5.4.4混合效果的模拟仿真 123

参考文献 124

第6章　微流体控制技术 126

6.1微流控芯片通道构型在微流体控制中的作用 126

6.1.1通道构型在微阀设计中的应用 126

6.1.2通道构型在芯片电泳通道设计中的应用 127

6.2　微流体的混合技术 129

6.2.1被动微混合器 130

6.2.2主动微混合器 132

6.3　微流体进样技术 134

6.3.1定容进样 135

6.3.2　定时进样 141

6.4多相层流技术的应用 146

6.4.1多相层流无膜扩散分离技术 146

6.4.2多相层流技术在芯片功能单元加工过程中的应用 150

6.4.3多相层流技术在试样传输中的应用 151

6.5微流控芯片中的液-液萃取分离技术 152

6.5.1微流控芯片多相层流无膜液-液萃取技术 153

6.5.2　微流控芯片停流液-液萃取技术 156

6.6　微流控芯片中的渗析分离技术 157

6.7微流控芯片中的过滤技术 160

6.8微流控芯片中的固相萃取分离技术 163

6.8.1开口管柱SPE 163

6.8.2　填充柱SPE 163

6.8.3　整体柱SPE 164

6.9　微流控芯片基于电泳的预富集技术 166

6.9.1微流控芯片电堆积富集 166

6.9.2　微流控芯片场放大进样富集 168

6.9.3　微流控芯片等速电泳富集 169

6.10　微流控芯片电泳分离技术 171

6.10.1芯片毛细管电泳技术 171

6.10.2芯片介电电泳分离技术 174

6.10.3芯片自由流电泳技术 177

6.11微流控芯片电色谱分离技术 178

6.11.1开口管柱芯片电色谱 179

6.11.2填充柱芯片电色谱 179

6.11.3整体柱芯片电色谱 180

参考文献 183

第7章　微流控芯片检测系统的设计与应用 186

7.1前言 186

7.2微流控系统中吸收光度检测器的设计和应用 187

7.2.1短光程检测池吸收光度检测器 187

7.2.2长光程检测池的吸收光度检测器 189

7.3微流控系统中荧光检测器的设计和应用 192

7.3.1小型荧光检测器的结构设计原则 192

7.3.2半导体激光器作为激发光源的小型荧光检测器 193

7.3.3LED作为激发光源的光路系统 198

7.4微流控系统中化学发光检测器的设计和应用 200

7.4.1普通化学发光检测器 201

7.4.2电致化学发光检测器 203

7.5微流控系统中电化学检测器的设计和应用 207

7.5.1安培检测器 208

7.5.2电导检测器 214

7.5.3电位检测器 217

7.6微流控系统与质谱检测器接口的设计和应用 218

7.6.1　微流控芯片-ESI-MS接口 218

7.6.2微流控芯片-MALDI-MS接口 223

7.7　微流控系统中的其他检测器 224

7.7.1热透镜检测器 224

7.7.2　折射率检测器 225

7.7.3　核磁共振检测器 225

参考文献 227

第8章　微流控分析系统的集成化 230

8.1前言 230

8.2微流体控制功能部件的集成化 230

8.2.1集成加热元件的PCR微芯片 230

8.2.2集成加热和温控元件的PCR-毛细管电泳芯片 230

8.2.3集成微型阀和加热、温控元件的PCR-DNA杂交微芯片 232

8.2.4集成加热、温控元件的微芯片通道中的温度控制 232

8.2.5集成微流控功能部件的细胞分离分析微芯片 234

8.3微检测器在微流控系统中的集成化 236

8.3.1微型光学检测系统的集成化 236

8.3.2　微电极及电化学检测装置的集成化 239

8.3.3集成电化学检测装置的PCR芯片反应系统 240

8.3.4集成微电极检测装置的酶联免疫分析系统 242

8.3.5介观流控（Mesofluidic）集成检测系统 244

8.4微反应器的集成化 246

8.4.1层叠式微芯片反应器 247

8.4.2组合式微芯片化学反应集成系统 248

8.5试样前处理系统在微流控芯片上的集成化 249

8.5.1PCR扩增与毛细管电泳分离的集成化 249

8.5.2样品预处理-毛细管电泳分离的集成化 250

8.5.3　“阀上实验室”系统中前处理部件的集成化 250

8.6微流控分析系统的阵列化与规模集成 252

8.6.1集成化微流控高密度反应器阵列 252

8.6.2384道微毛细管阵列电泳生物分析系统 252

8.6.3集成化的CD光盘式微流控芯片酶联免疫分析系统 253

参考文献 255

第9章　微流控芯片在生命科学研究中的应用 256

9.1微流控芯片在基因分析中的应用 256

9.1.1引言 256

9.1.2聚合酶链反应 256

9.1.3　核酸分析 261

9.1.4基因突变检测 263

9.2微流控芯片在蛋白质和氨基酸分析中的应用 265

9.2.1 引言 265

9.2.2 微流控芯片凝胶电泳分离 266

9.2.3 微流控芯片毛细管区带电泳分离 266

9.2.4 等电聚焦分离 268

9.2.5二维分离 269

9.3 微流控芯片在免疫检测中的应用 271

9.4 微流控芯片在细胞分析中的应用 272

9.4.1细胞计数和分类筛选 273

9.4.2　单细胞分析 276

参考文献 278