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序 1

第1章 绪论 1

1.1 基本概念 4

1.2 相关称谓 6

1.2.1 微全分析系统 6

1.2.2 生物芯片 8

1.2.3 微阵列芯片 10

1.3 发展简史 12

1.4 微流控芯片的基本特征 14

1.5 微尺度下流体的基本特征 14

1.5.1 层流 16

1.5.2 传质 16

1.5.3 电渗 18

1.5.4 传热 18

1.5.5 相变 20

1.6 应用领域 20

1.6.1 化学 22

1.6.2 生物学和医学 24

1.6.3 光学 26

1.6.4 信息学 28

参考文献 30

第2章 芯片材料与芯片制作技术 31

2.1 常用微流控芯片材料与性能 32

2.2 芯片制作环境 34

2.3 硅、玻璃和石英芯片的制作 34

2.3.1 薄膜材料和沉积技术 36

2.3.2 光刻掩膜的制作方法 36

2.3.3 光刻的一般步骤 36

2.3.4 腐蚀方法及特性 40

2.3.5 去胶方法 40

2.4 硅、玻璃和石英芯片的打孔方法 42

2.5 硅、玻璃和石英芯片的封接流程 42

2.6 硅、玻璃和石英芯片的评估方法 44

2.7 高分子聚合物芯片的制作 46

2.7.1 热压法制作流程 46

2.7.2 模塑法制作流程 48

2.7.3 注塑法制作流程 48

2.7.4 LIGA技术制作流程 50

2.7.5 激光烧蚀法制作流程 50

2.7.6 软光刻法制作流程 50

2.8 高分子聚合物芯片的打孔方法 52

2.9 高分子聚合物芯片的封接流程 52

2.10 高分子聚合物芯片评估方法 54

参考文献 60

第3章 表面改性技术 63

3.1 表面改性技术概述 64

3.2 玻璃和石英芯片的表面改性 66

3.2.1 动态改性 68

3.2.2 硅烷化反应 68

3.3 热塑性聚合物芯片的表面改性 70

3.3.1 本体掺杂 70

3.3.2 动态改性 72

3.3.3 聚合诱导接枝 72

3.4 固化型聚合物芯片的表面改性 74

3.4.1 本体掺杂 76

3.4.2 共价偶联 76

3.4.3 聚合诱导接枝 78

3.4.4 吸附—交联 78

3.5 表面改性的表征技术 80

参考文献 84

第4章 微流体驱动与控制技术 87

4.1 微流体驱动 88

4.2 机械驱动 88

4.2.1 气动微泵驱动 88

4.2.2 离心力驱动 92

4.2.3 压电微泵驱动 94

4.3 非机械驱动 96

4.3.1 电渗驱动 96

4.3.2 热气微泵驱动 96

4.3.3 光学捕获微泵驱动 98

4.4 微流体控制 100

4.5 电渗控制 100

4.6 微阀控制 100

4.6.1 无源阀控制 102

4.6.2 有源阀控制 104

4.7 程序编制 106

参考文献 108

第5章 进样和样品预处理技术 111

5.1 液态样品进样 114

5.1.1 区带样品进样 114

5.1.2 液滴样品进样 124

5.1.3 连续样品进样 126

5.2 气/固态样品进样 126

5.3 芯片实验室各种进样方式一览 128

5.4 萃取 130

5.4.1 固相萃取 130

5.4.2 液液萃取 134

5.5 过滤 136

5.6 膜分离 136

5.6.1 膜过滤 136

5.6.2 渗析 140

5.7 等速电泳 142

5.8 场放大堆积 142

5.9 芯片实验室各种预处理手段一览 144

参考文献 145

第6章 微混合和微反应技术 147

6.1 微混合 148

6.2 微混合器 150

6.3 被动式微混合器 150

6.3.1 并行叠片微混合器 150

6.3.2 串联叠片微混合器 152

6.3.3 混沌对流微混合器 152

6.3.4 液滴微混合器 156

6.4 主动式微混合器 156

6.4.1 磁力搅拌型微混合器 156

6.4.2 声场促进型微混合器 158

6.4.3 电场促进型微混合器 158

6.5 微反应和微反应器 160

6.6 微反应器分类 160

6.7 微化学反应器 160

6.7.1 按相分类 160

6.7.2 按样品衍生与分离的相对顺序分类 166

6.7.3 特殊微化学反应器示例 170

6.7.4 高通量微反应器示例 172

6.8 微型生物反应器 174

6.9 聚合酶链反应 174

6.9.1 PCR芯片的制作 178

6.9.2 芯片PCR反应分类 182

6.9.3 芯片PCR集成 186

6.10 免疫反应 194

6.10.1 免疫反应的分类 194

6.10.2 均相免疫反应 194

6.10.3 非均相免疫反应 198

参考文献 208

第7章 微分离技术 215

7.1 概述 216

7.2 电泳分离的基本问题 218

7.2.1 电泳的谱带迁移 218

7.2.2 电泳的谱带展宽 218

7.3 芯片电泳分离常见模式 220

7.3.1 一维芯片电泳 220

7.3.2 多维芯片电泳 240

参考文献 244

第8章 液滴技术 247

8.1 液滴的形成 248

8.2 液滴的优点 250

8.3 液滴的操控技术 252

8.3.1 反应物引入 252

8.3.2 液滴的融合和分裂 254

8.3.3 液滴身份标记 256

8.3.4 液滴内涵物分析 256

8.3.5 液滴分选 258

8.3.6 液滴存储 258

8.4 液滴的表面处理 258

8.5 多层液滴 260

8.6 液滴的应用示例 262

8.6.1 蛋白质结晶研究 262

8.6.2 酶反应 264

8.6.3 细胞和模式生物研究 264

8.6.4 微颗粒材料制备 268

8.6.5 复杂过程的模拟 268

8.6.6 液滴在信号编码中的应用 270

参考文献 273

第9章 检测技术 275

9.1 微流控芯片对检测的特殊要求 276

9.2 微流控芯片检测分类 278

9.3 激光诱导荧光检测 278

9.3.1 常规单通道激光诱导荧光检测 280

9.3.2 常规多通道激光诱导荧光检测 280

9.3.3 微型化激光诱导荧光检测示例 284

9.4 紫外吸收光度检测 284

9.4.1 紫外吸收光度检测芯片的特殊要求 286

9.4.2 单点紫外吸收光度检测 288

9.4.3 全通道成像紫外吸收光度检测 288

9.5 化学发光检测 290

9.5.1 单通道化学发光检测 290

9.5.2 多通道化学发光检测 290

9.6 电化学检测 292

9.6.1 安培检测 292

9.6.2 电导检测 296

9.6.3 电势检测 298

9.6.4 复合式电化学检测 298

9.7 质谱检测 298

9.7.1 芯片与质谱的接口 300

9.7.2 芯片/质谱应用 304

9.8 等离子体发射光谱检测 306

9.9 热透镜检测 306

9.10 生物传感器检测 308

9.11 各种检测方法一览 310

参考文献 311

第10章 微流控芯片实验室在核酸研究中的应用 315

10.1 基因突变检测 316

10.1.1 点突变检测 316

10.1.2 基因重排检测 324

10.1.3 基因甲基化检测 326

10.2 基因分型检测 326

10.2.1 单核苷酸多态性检测 326

10.2.2 短串联重复序列多态性检测 332

10.3 DNA测序 338

10.4 病原体基因检测 342

10.5 DNA计算机 348

10.5.1 DNA计算和DNA计算机 348

10.5.2 微流控芯片DNA计算机 352

参考文献 358

第11章 微流控芯片实验室在蛋白质研究中的应用 361

11.1 微流控芯片蛋白质分析技术 364

11.1.1 蛋白质样品预处理 364

11.1.2 蛋白质的分离 374

11.2 微流控芯片在蛋白质分析中的应用 380

11.2.1 蛋白质的性质鉴定 380

11.2.2 蛋白质的结构分析 382

11.2.3 蛋白质的功能研究 384

11.2.4 蛋白质实际样品分析 394

参考文献 396

第12章 微流控芯片实验室在离子和小分子研究中的应用 399

12.1 离子 400

12.1.1 离子分析流程 400

12.1.2 离子分离模式 402

12.2 手性分子 406

12.2.1 基本概念 406

12.2.2 手性拆分 408

12.2.3 手性合成 412

12.2.4 手性合成-手性拆分集成 414

12.3 代谢物 414

12.3.1 代谢物的一般分析方法 416

12.3.2 代谢物的分析应用 420

参考文献 426

第13章 微流控芯片实验室在细胞研究中的应用 431

13.1 概述 432

13.2 细胞研究中的微流控芯片单元技术 434

13.2.1 细胞培养 434

13.2.2 细胞分选 436

13.2.3 细胞捕获 450

13.2.4 细胞裂解 456

13.3 微流控芯片在细胞研究中的应用 460

13.3.1 细胞状态研究 460

13.3.2 细胞功能研究 462

13.3.3 细胞组分研究 464

13.4 微流控芯片细胞研究应用示例：微流控芯片细胞水平药物筛选 466

参考文献 469

附录 本书涉及的量与单位符号简表 474

结语 475