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第1章 绪论 1

1.1微流控芯片的研究背景 1

1.2微流控芯片的战略意义 2

1.3林林总总的微流控芯片实验室 2

1.4基于微流控芯片的微流体力学 4

1.5纳流动和纳流控芯片 5

1.6微流控芯片和产业转型 5

参考文献 6

第2章 一般芯片材料与芯片制作技术 7

2.1常用微流控芯片材料与性能 7

2.2芯片制作环境 9

2.3硅、玻璃和石英芯片的制作和评估 10

2.3.1薄膜材料和沉积技术 10

2.3.2光刻掩模的制作 10

2.3.3光刻的一般步骤 11

2.3.4腐蚀方法及特性 12

2.3.5去胶 13

2.3.6打孔 13

2.3.7封接 13

2.3.8硅、玻璃和石英芯片的评估（案例一） 15

2.4高分子聚合物芯片的制作和评估 17

2.4.1热压法 17

2.4.2模塑法 17

2.4.3注塑法 19

2.4.4 LIGA技术 19

2.4.5激光烧蚀法 20

2.4.6软光刻法 20

2.4.7打孔 22

2.4.8封接 22

2.4.9高分子聚合物芯片评估（案例二） 22

2.5水凝胶聚合物芯片的研制（案例三） 24

2.5.1水凝胶 24

2.5.2水凝胶立体微图案 25

2.5.3水凝胶立体微图案用于细胞培养 26

2.5.4水凝胶平面微图案 27

2.5.5以水凝胶为基础材料的微流控芯片 30

2.5.6水凝胶芯片中细胞共培养 32

参考文献 33

第3章 纸质芯片材料与芯片制作技术 36

3.1纸质微流控芯片 36

3.2二维微流控纸芯片的制作 37

3.2.1光刻法 37

3.2.2绘图法 37

3.2.3打印法 38

3.2.4其他制作方法 38

3.3三维纸质微流控芯片的制作 39

3.3.1双面粘贴法 39

3.3.2折叠压紧法 39

3.3.3喷胶粘贴法 40

3.4纸质微流控芯片的检测 40

3.4.1比色检测 40

3.4.2电化学检测 40

3.4.3化学发光检测 41

3.4.4电化学发光检测 41

3.4.5免疫检测 42

3.5喷蜡打印硝酸纤维素膜纸质微流控芯片研制（案例一） 43

3.5.1硝酸纤维素膜 43

3.5.2喷蜡打印制备硝酸纤维素膜纸芯片流程 44

3.5.3喷蜡打印制备硝酸纤维素膜纸芯片条件优化 45

3.5.4硝酸纤维素膜纸芯片的性能考察 45

3.5.5硝酸纤维素膜纸芯片在蛋白质包被中的应用 48

3.6以硝酸纤维素膜纸芯片为基质研制液塑PDMS芯片（案例二） 49

3.6.1用硝酸纤维素膜纸芯片液塑制备PDMS芯片的流程 50

3.6.2用硝酸纤维素膜纸芯片制备PDMS微孔 51

3.6.3用硝酸纤维素膜纸芯片制备PDMS微通道 51

参考文献 53

第4章 微流体控制与驱动技术 56

4.1微流体控制 56

4.1.1电渗控制 56

4.1.2微阀控制 58

4.2微流体驱动 63

4.2.1气动微泵驱动 63

4.2.2电渗驱动 65

4.2.3离心力驱动 66

4.2.4单步往复流离心力驱动系统（案例一） 67

4.3微阀微泵驱动控制（案例二） 69

4.3.1芯片的制备 69

4.3.2微阀微泵的程序控制 71

4.3.3微泵微阀驱动控制的穿梭流混合效果验证 72

参考文献 73

第5章 进样及样品前处理技术 75

5.1进样 75

5.1.1单通道辅助进样（案例一） 75

5.1.2多通道辅助进样（案例二） 80

5.2样品前处理 82

5.2.1固相萃取（案例三A，B） 82

5.2.2等速电泳（案例四） 92

5.2.3膜分离（案例五） 93

参考文献 97

第6章 微混合和微反应技术 99

6.1微混合和微混合器 99

6.1.1微混合 99

6.1.2微混合器 100

6.2微化学反应和微化学反应器 108

6.2.1微化学反应器的基本特征 108

6.2.2不同的通道型微化学反应器 108

6.3微型生物反应Ⅰ——聚合酶链反应 112

6.3.1聚合酶链反应 112

6.3.2集成微加热器/温度传感器PCR-CE芯片研制与性能考察（案例一） 113

6.3.3集成PCR-CE芯片在乙肝病毒DNA分析中应用（案例二） 116

6.3.4液滴数字PCR技术 120

6.4微型生物反应Ⅱ——免疫反应 120

6.4.1免疫反应 120

6.4.2酶免疫电泳芯片分析盐酸克伦特罗（案例三） 121

6.4.3 PDMS固相载体/微阀（泵）芯片分析盐酸克伦特罗（案例四） 122

6.4.4微珠免疫芯片分析睾酮（案例五） 125

参考文献 128

第7章 微分离技术 130

7.1芯片分离的若干特点 130

7.2电泳分离的基本问题 131

7.2.1电泳的谱带迁移 132

7.2.2电泳的谱带展宽 132

7.3芯片电泳分离常见模式 132

7.3.1一维芯片电泳（案例一A，B，C，D） 132

7.3.2多维芯片电泳（案例二） 147

参考文献 151

第8章 微液滴技术 153

8.1微流控芯片液滴 153

8.2微流控芯片液滴的特点 154

8.3微流控芯片液滴生成及其操控（案例一A） 155

8.3.1基于“T”形结构芯片的液滴生成 155

8.3.2基于“T”形结构微流控芯片液滴生成过程的操控 156

8.3.3基于“流动聚焦”结构芯片的液滴生成 160

8.3.4基于“流动聚焦”结构微流控芯片液滴生成的操控 160

8.4微流控芯片液滴运行及其操控（案例一B） 167

8.4.1液滴内部的混合 167

8.4.2液滴融合 170

8.4.3液滴分裂 173

8.4.4液滴分选 173

8.4.5液滴捕获和存储 175

8.4.6液滴身份标记 175

8.5基于气动微阀的液滴操控（案例二） 177

8.5.1微阀控制装置的设计和研制 177

8.5.2微阀控制液滴生成 178

8.5.3微阀控制液滴大小 178

8.5.4微阀控制不同组成液滴生成 181

8.5.5微阀控制液滴融合 183

8.6基于电控的液滴破裂和液滴内涵物提取（案例三） 184

8.6.1电控液滴破裂 184

8.6.2电控液滴内涵物提取 186

8.7微流控芯片数字液滴 187

8.7.1电润湿现象和数字液滴 187

8.7.2数字液滴芯片结构 189

8.7.3数字液滴的一般操控 190

8.7.4数字液滴的初级智能操控（案例四） 191

参考文献 194

第9章 检测技术 196

9.1微流控芯片对检测的特殊要求 196

9.2微流控芯片检测分类 197

9.3激光诱导荧光检测 197

9.3.1常规单通道激光诱导荧光检测（案例一A） 199

9.3.2常规多通道激光诱导荧光检测（案例一B） 200

9.3.3光电倍增管扫描检测（案例一C） 201

9.3.4微型化激光诱导荧光检测示例 203

9.4紫外吸收光度检测 204

9.4.1紫外吸收光度检测芯片的特殊要求 205

9.4.2单点紫外吸收光度检测 207

9.4.3全通道成像紫外吸收光度检测 208

9.4.4紫外吸收检测微流控芯片仪的研制和性能考察（案例二） 209

9.5化学发光检测 212

9.5.1单通道化学发光检测 213

9.5.2多通道化学发光检测（案例三） 213

9.6电化学检测 214

9.6.1安培检测（案例四） 215

9.6.2电导检测 218

9.6.3电势检测 220

9.6.4复合式电化学检测 220

9.7质谱检测 221

9.7.1芯片与质谱的接口 222

9.7.2芯片/质谱应用（案例五） 225

9.8等离子体发射光谱检测 226

9.9热透镜检测 227

9.10生物传感器检测 228

9.11单分子荧光检测 230

9.12各种检测方法一览 231

参考文献 232

第10章 微流控芯片在核酸研究中的应用 235

10.1基因突变检测 235

10.1.1点突变检测 235

10.1.2基因重排检测 240

10.1.3基因甲基化检测 241

10.2基因分型 242

10.2.1单核苷酸多态性检测 242

10.2.2短串联重复序列多态性检测 246

10.3 DNA测序 250

10.4 SARS病毒和乙肝病毒的病原体基因检测（案例一，二） 252

10.4.1 SARS病毒病原体基因检测（案例一） 252

10.4.2乙肝病毒（HBV）病原体基因检测（案例二） 254

10.5苯丙酮尿症的产前筛查和早期诊断（案例三） 255

10.6微流控芯片DNA计算及其应用 258

10.6.1 DNA计算及DNA计算机 258

10.6.2三角形识别的微流控芯片DNA计算（案例四） 259

10.6.3抗乳腺癌基因药物合成的微流控芯片DNA计算（案例五） 261

参考文献 265

第11章 微流控芯片在蛋白质研究中的应用 268

11.1微流控芯片蛋白质分析技术 268

11.1.1蛋白质样品预处理 269

11.1.2蛋白质分离 280

11.2微流控芯片在蛋白质分析中的应用 284

11.2.1蛋白质性质鉴定 284

11.2.2蛋白质结构分析 285

11.2.3蛋白质功能研究（案例一，二，三） 288

11.2.4蛋白质实际样品分析 295

参考文献 296

第12章 微流控芯片在离子和小分子研究中的应用 299

12.1离子 299

12.1.1离子分析流程 299

12.1.2离子分离模式 301

12.2手性分子 304

12.2.1基本概念 304

12.2.2手性拆分 304

12.2.3手性合成 307

12.2.4手性合成-手性拆分集成 307

12.3代谢物 309

12.3.1代谢物的一般分析方法 309

12.3.2代谢物的分析应用 310

12.4药物代谢物检测及毒性评价研究（案例） 313

12.4.1芯片的设计与研制 314

12.4.2芯片细胞培养和肝微粒体的固定 316

12.4.3药物代谢物检测及代谢物诱导细胞毒效评价 316

参考文献 318

第13章 微流控芯片在细胞研究中的应用 320

13.1细胞的微流控芯片 320

13.2细胞研究中的微流控芯片单元技术 322

13.2.1细胞培养 322

13.2.2细胞分选 322

13.2.3细胞捕获 325

13.2.4细胞裂解 328

13.3微流控芯片在细胞研究中的应用 329

13.3.1细胞状态研究 329

13.3.2细胞功能研究 330

13.3.3细胞组分研究 331

13.4抗肿瘤药物诱导细胞凋亡（案例一） 333

13.4.1细胞凋亡分析微流控芯片设计与制作 333

13.4.2阿霉素对肝癌细胞活性的影响 335

13.4.3阿霉素诱导肝癌细胞凋亡 336

13.5抗肿瘤药物高内涵筛选（案例二） 339

13.5.1高内涵筛选微流控芯片设计与制作 340

13.5.2微流控芯片抗肿瘤药物高内涵筛选 340

13.5.3抗肿瘤药物高内涵筛选结果 344

13.6肿瘤微环境构建及肿瘤侵袭研究（案例三A） 345

13.6.1三维细胞培养微流控芯片的设计和制备 346

13.6.2三维基质内浓度梯度的生成 347

13.6.3三维培养肿瘤细胞形态和活性的检测 347

13.6.4 EGF诱导的肿瘤细胞在三维基质内的迁移 348

13.7肿瘤细胞与间质细胞三维共培养及侵袭研究（案例三B） 349

13.7.1细胞三维共培养微流控芯片的设计制备 349

13.7.2肿瘤细胞球的形成 350

13.7.3 CAF诱导的肿瘤细胞球的侵袭 351

13.7.4 GM6001抑制CAF诱导的肿瘤细胞球的侵袭 351

13.8甲酰肽受体激动剂筛选（案例四） 353

13.8.1甲酰肽受体介导的细胞趋化分析 354

13.8.2甲酰肽受体内吞分析 355

13.8.3甲酰肽受体介导的钙离子释放分析 357

13.8.4甲酰肽受体激动剂筛选结果 358

13.9软骨组织培养以及不同生长因子的繁殖促进作用研究（案例五） 358

参考文献 361

第14章 微流控芯片在模式生物（线虫）研究中的应用 362

14.1线虫的基本特征 362

14.2用于线虫神经生物学研究的微流控芯片技术 364

14.2.1通道微流控芯片 364

14.2.2液滴微流控芯片 366

14.3基于微流控芯片平台的线虫神经生物学研究 367

14.3.1线虫行为研究 367

14.3.2线虫神经系统研究 369

14.4基于通道微流控芯片的神经毒素诱导线虫行为研究（案例一） 372

14.4.1神经毒素诱导的单线虫神经元特征研究 372

14.4.2神经毒素诱导的单线虫运动及神经元特征研究 374

14.5基于液滴微流控芯片的神经毒素诱导下单个线虫运动行为研究（案例二） 378

14.5.1单个线虫运动行为研究的液滴微流控芯片 378

14.5.2神经毒素MPP+诱导下的单个线虫运动行为研究 383

14.6基于液滴微流控芯片的线虫帕金森病药理学模型研究（案例三） 385

14.6.1线虫帕金森病药理学模型研究的液滴微流控芯片 385

14.6.2对帕金森病药理学模型线虫三种参数的同步研究 392

参考文献 395

第15章 微流控芯片在微纳材料研究中的应用 397

15.1纳米材料和纳米颗粒 397

15.1.1金属纳米颗粒 397

15.1.2半导体纳米颗粒 398

15.1.3氧化物纳米颗粒 400

15.1.4杂化纳米颗粒 401

15.2羟基磷灰石纳米颗粒的液滴芯片合成（案例一） 403

15.2.1芯片的设计和制作 403

15.2.2液滴的生成、融合 404

15.2.3羟基磷灰石的合成、表征 404

15.3微米材料和微米颗粒 406

15.3.1无机微球颗粒 407

15.3.2固态聚合物微球颗粒 407

15.3.3 Janus颗粒 410

15.3.4杂化微米Janus颗粒 412

15.3.5核-壳结构颗粒 413

15.3.6不同形貌颗粒 415

15.4基于液滴的微球在线合成和可控组装（案例二） 416

15.4.1芯片设计和制作 417

15.4.2微球的在线合成和组装 419

15.4.3参数控制 419

15.5基于双乳液的形貌可控微颗粒合成（案例三） 423

15.5.1芯片设计和制作 424

15.5.2微颗粒形貌控制的原理 425

15.5.3微颗粒的形貌调节 426

15.5.4微颗粒三维结构的考察 427

15.6基于液滴微流控芯片的新型水凝胶微胶囊的制备（案例四） 429

15.6.1芯片设计和制备 430

15.6.2新型水凝胶微胶囊的制备 430

15.6.3新型微胶囊的性能考察 431

参考文献 433

索引 435

后记 441