采用步进电机的微流控芯片气压驱动系统压力特性研究

针对目前气动微流控芯片控制系统微型化集成化的需求,提出了一种采用步进电机的微流控芯片气压驱动系统,通过控制器信号驱动步进电机,使PDMS流道产生了形变从而改变了阀口开度,实现了气体容腔的压力控制,对微阀的流量和气体容腔的压力进行了分析,采用Simulink搭建非线性模块,建立了系统的仿真模型,对系统的压力特性进行了仿真,得到了在不同的步进电机阶跃信号作用下的气压驱动系统压力的动态响应特性,并搭建了试验平台进行了验证。结果表明:试验结果与仿真结果基本吻合,该系统能够较快地响应于气压容器,阀口开度越大,气体容器的压力上升越快,稳定压力越高。

基于单电动机驱动的微流控芯片及其控制系统的设计

为解决在低聚焦流速下实现微流控芯片的高效聚焦和快速筛选功能及微流驱动控制系统小型化、低成本等技术问题,设计了一种微流控芯片及其微流驱动控制系统。该微流控芯片由控制层、PDMS薄膜层、流体通道层和玻璃基底等4层组成,流体通道层设置有1个主通道和3个分选通道,微流驱动控制系统中的液流控制装置采用单电动机时序驱动3个柱塞泵工作,控制层的热膨胀微阀门控制3个分选通道的开关。该微流控芯片及驱动系统实现了不同检测物的自动检测、聚焦、前进、静止、归类和筛选等功能。

基于微流控芯片技术的凡纳滨对虾4种常见病原联检系统的研发

以虾肝肠胞虫(EHP)、致急性肝胰腺坏死病副溶血性弧菌(VpAHPND)、十足目虹彩病毒1(DIV1)和白斑综合征病毒(WSSV)4种常见病原为研究对象,将微流控芯片技术与LAMP技术有机结合,建立了相应的基因芯片联检系统,并开展了优化了基因芯片的反应体系及条件研究。结果表明,该联检系统可在30 min反应时间内同时检测上述4种病原,特异性好。各病原指标检出限分别为EHP 0.57 copies·μL^(-1)、DIV10.43 copies·μL^(-1)、WSSV 2.12 copies·μL^(-1)和VpAHPND 3.18 copies·μL^(-1),已达到甚至超越了LAMP检测的敏感性,且该系统检测试剂盒具有操作简便,检测灵敏,特异性强,检测时间短,设备要求简单等特点,适合养殖全程中凡纳滨对虾EHP、VpAHPND、DIV1和WSSV的监测与筛查工作。

基于微流控芯片的POCT化血凝检测装置

血液凝固检测对心脑血管和血栓类疾病的诊断和治疗具有重要意义。为了解决当前血液凝固检测仪器依赖进口、检测成本高、患者负担重等问题,设计并研制了一种基于微流控芯片的血液凝固检测装置。该装置利用血液凝固过程的理化性质变化,结合微流控技术、嵌入式技术和图像处理技术实现了POCT化的血凝检测。整个装置由负压驱动模块、图像采集模块、LCD屏幕模块和微流控芯片组成。两组血凝检测实验证实了该装置的可行性与实用价值。

连续进样的重力驱动微流控芯片流动分析系统

建立了一种可连续进样的集成化重力驱动微流控芯片流动分析系统 .该系统可实现连续高通量引入试样 ,换样时间仅为 1 5 s;还采用了水平贮液池和出口引流管等重力驱动流体控制技术 ,显著降低了试剂和样品的消耗 ,提高分析速度 ,增加系统连续工作时间 .利用 Luminol-K3[Fe( CN) 6 ]-H2 O2 化学发光体系考察了该系统的分析性能 ,系统对不同试样的分析速度达 80～ 1 0 0样 /h,对 H2 O2 检测的线性范围为 1× 1 0 - 6～1× 1 0 - 4mol/L,检出限为 2 .0× 1 0 - 7mol/L,RSD为 0 .3 % ( n=5 ) .

重力驱动多相层流分离离子选择性电极检测集成化微流控芯片系统

将微流控芯片多相层流分离技术与离子选择性电极检测技术联用 ,利用重力驱动的芯片多相层流分离系统 ,在线净化生物 (血液 )试样 .同时 ,在芯片上加工微离子选择性电极进行待测物的在线检测 ,实现整体分析系统的芯片集成化 ,并将其用于血样中 K+的测定 .对 5 .5× 1 0 - 3mol/L钾溶液 5次平行测定的相对标准偏差 ( RSD)为 5 .6% ,检出限为 6.8× 1 0 - 5mol/L,线性范围 1 0 - 4～ 1 0 - 1 mol/L.

基于微流控芯片的气压驱动进样系统的特性研究

为了精准控制微流控芯片的分选进样速度,本研究设计了一种气压控制的进样系统。通过PID闭环控制,实现了对缓冲溶液瓶中气体容腔的精准压力控制,将样液以平稳的流量推送入微流控芯片中。采用Matlab软件中的Simulink建立数学模型对进样系统仿真,获得了在不同流量信号输入时,微流道中液体流量的动态响应特性。通过对比实验,仿真结果中进样系统达到输出稳定的时间不超过70 ms,稳定误差为3%;实验结果中进样系统达到输出稳定的时间不超过75 ms,稳定误差为5%,实验结果与仿真结果呈现高度正相关。

可连续换样的集成化重力驱动微流控芯片连续流动分析系统

在微流控芯片系统中采用重力驱动方法的优点是不需要额外的驱动装置,系统体积微小、造价低廉、使用方便,可显著提高整体系统的集成度,但目前文献所报道的此类分析系统均采用手工换样方式,不具有连续自动换样功能,换样操作繁琐费时、效率低,影响了系统对不同试样的分析通量(多数低于10样/小时)和系统的实用性.……

基于电渗驱动的微流控芯片顺序注射分析系统

本文介绍了一种在微流控芯片上依靠电渗驱动完成顺序注射分析的新方法。采用由多个双T通道构成的微通道网络,利用夹流进样和电渗流驱动方法,在通道内形成间隔排列的溶液区带,进而在流动过程中实现溶液区带间的相互混合。实验以荧光素溶液与硼砂缓冲液为模型体系,初步考察了利用该系统实现顺序注射进样及混合的效果。该方法装置简单,操作简便,无需任何复杂机械装置,利用微流控芯片上的微通道网络及电渗流控制,实现了亚纳升级的溶液区带的顺序排列和进样。

基于微流控芯片的牛乳体细胞均匀分布与计数方法研究

生鲜牛乳中的体细胞数量是判断奶牛是否患有乳房炎的重要依据。针对牛乳在取样过程中细胞贴壁沉降等原因造成体细胞分布不均匀,从而导致体细胞计数不具有代表性的问题,文中提出了一种基于九宫格型微流控芯片使体细胞分布均匀并提升计数准确率的方法。首先在Comsol仿真的基础上制备了九宫格型微流控芯片,提高了细胞分布的均匀度。其次研制了集染色、搅拌于一体的负压进样系统,保证在进样过程中持续保持体细胞分布的均匀度和不受空气的污染。并配合芯片研制了微型显微成像系统,对芯片的九个观测腔拍摄图像。最后通过图像处理的方法对体细胞进行计数,并判断奶牛乳房的健康状况。实验结果表明,每组九张图像体细胞数量的标准差系数均小于等于1.61%,系统计数准确率可达到99.23%。该研究方法为奶牛乳房炎的检测与预防奠定了基础。

低电压下静电力驱动的数字微流控芯片

设计并制作了一种基于静电力驱动的数字微流控芯片,用于构建芯片实验室。介绍了静电力驱动原理和芯片制作工艺流程,搭建了驱动检测实验平台。该芯片采用硅作衬底,氧化硅作绝缘层,TiW/Au为驱动电极阵列,氮化硅作介质层,碳氟聚合物为疏水层。由于采用开放式的结构,只需单层共平面控制电极,简化了工艺流程,优化了器件结构;而驱动电极阵列嵌入在氧化硅中,改善了减小介质层厚度时介质层对金属的台阶覆盖性,减少了电极边沿突起引起的边界击穿。另外,采用较薄的高质量介质层和疏水性能好的疏水膜层,大大降低了液滴驱动电压。实验显示,在20 V驱动电压下,该工艺可实现液滴按程序设定方式在二维平面内流畅运动,最大运动速度达96 mm/s。提出的芯片制作工艺简单,与IC工艺兼容,可应用于生化分析芯片实验室系统。

微流控芯片系统中固液双相分离富集技术

发展微流控芯片系统中的分离富集技术,是微全分析系统向集成化、自动化和便携化发展必须突破的瓶颈之一,正逐步成为微全分析系统研究和应用领域的前沿和热点。本文针对应用广泛的固液双相分离富集技术,详细介绍了过滤式、膜分离式、固相萃取式等不同分离富集操作模式在微流控芯片系统中的应用,对每一种操作模式的特点、研究现状、存在的问题和发展趋势进行了综述。

微流控芯片系统中测温及控温装置的研制

报道了一种结构简单、成本低、操作方便、应用于微流控芯片系统中温度测量及温度控制的装置。该系统以CCD摄像机、荧光显微镜及图像采集卡构成的非接触荧光指示剂测温装置,实现了微流体空间温度分布测量以及随时间变化的温度测量。提出了以透明氧化铟锡薄膜玻璃作为加热元件,采用PID控制算法的温度控制平台,稳态时温度控制精度可达到±0.1℃。采用该测温和控温装置研究了玻璃微流控芯片微通道内溶液温度在空间上和随时间的变化情况,结果表明该方法简单、有效,可达到μm级的空间分辨率和ms级的时间分辨率。

微流控光纤芯片检测系统的研制

用集成在微流控芯片上的光纤作为传光介质,可使激发光斑的直径减小到93μm;采用光纤准直器会聚光束,提高了光纤的耦合效率;把芯片放在暗室中进行实验,避免了外界杂散光的干扰,降低了本底噪声;用软件控制高压模块的输出电压,方便了实验操作;以蓝色LED作为激发光源,降低了仪器的成本;利用异硫氰酸酯荧光素考察了系统的性能,最小检测浓度达到2·2×10-8mol/L,信噪比S/N=5。重复性实验表明:峰值面积、峰高以及迁移时间3个参数的重复性比较好,其相对标准偏差均小于5%。用异硫氰酸酯荧光素标记的氨基酸进行了电泳分离,得到了比较满意的结果。

集成一次性微流控芯片的便携式荧光检测系统(英文)

本文研究了一种新型的生物化学分析系统，该系统包括便携式荧光检测仪和带光纤的微流控芯片．采用基于MEMS技术的微泵将待测物与荧光试剂的混合物导入微流控芯片，采用PMT检测受激发产生的荧光，荧光强度与待测物浓度成一定比例．激发光则通过光纤将光源LED光信号导入微沟道中．随着液体在微沟道中的流动，可连续分析和检测不同的样品．该系统检测1～1000μg／L浓度的荧光素具有0．966的相关系数．基于荧光猝灭原理，该系统还可检测浓度为5ng／μL的硝基化合物．该生化分析系统除具有便携式和一次性微流控芯片优点外，还具有成本低．试剂、样品消耗量少，且分析时间短等优点该系统能实现现场检测，可应用于临床诊断。

基于纸质微流控芯片的农药检测系统

针对当前农药检测手段仪器复杂、成本昂贵等问题,提出了一种基于纸质微流控农药检测方法。设计了具有自动进样、混合反应、电化学检测等功能的纸质微流控芯片,采用石墨碳、Ag/AgCl材料以及结合化学交联法制备了环状结构的丝网印刷酶电极,并利用循环伏安法对制备的酶电极进行了电化学表征,构建了一套基于酶抑制法的集成酶电极纸质微流控农药检测系统。最后建立了酶抑制率与对硫磷浓度的数学模型,并测试了酶电极的性能。实验结果表明,酶电极具有良好的制备重复性、稳定性和线性度。抑制率与对硫磷浓度的负对数在1.0×10^(-7)~1.0×10^(-5)g/mL范围内呈良好的线性关系,线性回归方程为:I=158.82+21.11lg C,R^2为0.993,最低检出限为3.3×10^(-8)g/mL。所制备的酶电极微流控传感器抗干扰性较强,对对硫磷农药具有一定的选择性。加标回收率范围在95.8%~115.0%之间。

微流控芯片分析系统中硅胶整体柱和膜滤复合预处理单元的构建

以改性C18反相硅胶整体柱为微流控芯片分析系统中固相萃取介质材料,构建不同功能单元的样品预处理微分析系统,实现了血清样品中痕量盐酸多巴酚丁胺的富集.初步构建了单一改性硅胶微柱固相萃取预处理单元,测试得到了改性硅胶整体柱对血清中痕量盐酸多巴酚丁胺的平均富集倍数为77.2,RSD为12.35%.为了提高测试的精密度,进而设计含膜复合式预处理芯片,探讨了不同预处理单元对血清样品中痕量盐酸多巴酚丁胺富集效率的影响,优化设计了外接式硅胶整体柱-亲和膜微芯片固相萃取预处理单元,复合式的反相硅胶整体柱对血清中微量盐酸多巴酚丁胺的平均富集倍数提高到89.4,RSD为4.37%.结果显示了该预处理单元在血清中痕量药物富集的可行性和有效性.

基于液芯波导原理的微流控芯片长光程光度检测系统

提出了一种基于液芯波导 ( Liquid core waveguide,LCW)原理的微流控芯片吸收光度检测系统 .通过芯片与外界接口技术实现液芯波导管与芯片的耦合 ,建立了芯片上长光程 (毫米至厘米级 )吸收光度检测池 .采用邻菲啉 -铁 ( )显色体系验证系统分析性能 ,以 5 .5 cm外覆 Teflon AF液芯波导管作为检测池 (检测池体积 2 40 n L)时 ,芯片系统的检测线性范围为 0 .0 3～ 5 0μmol/L,对邻菲啉 -铁 ( )配合物的检出限为8nmol/L,检测池有效光程达 1 .7cm,分析精度 RSD( n=5 )为 0 .8% .

SARS病毒的微流控芯片实验室系统检测

采用自行设计的RT -PCR试剂盒 ,在自制的由聚合酶链反应 (PCR)—毛细管电泳 (CE)芯片、芯片热循环仪和激光诱导荧光芯片分析仪组成的微流控芯片系统上 ,对SARS病毒 (重症急性呼吸综合症 )和 18例SARS患者咽拭子样品进行了分析和检测 ,实现了聚合酶链反应和电泳检测的微流控芯片在线分析。微流控芯片系统具有高检测灵敏度、高分辨率、高检出率等优点 ,试剂消耗少和检测时间短 ,可能成为SARS早期检测的一种新的手段。

基于电渗流的微流控混和芯片系统级建模技术研究

微流控混合芯片是微流控芯片系统中的重要组成部分,其混合效率直接影响后续反应产物的分布和反应体系的容量.文中对基于电渗流驱动的微流控混合芯片的系统级建模技术进行了研究,本研究首先结合基于电渗流驱动的微流控混合芯片的控制方程,对系统各组件的参数化行为模型进行了提取,在此基础上编程实现了系统各组件的多端口组件模型,构建了基于电渗流的微流控混和芯片系统级模型,模型仿真结果与有限元方法相比,相对误差为2.5%,而仿真速度却远远高于有限元方法.表明该方法在不显著损失系统精度的前提下,可以更加有效的对系统性能做出评价.