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微流控|百科知识

更新时间:2024-06-13  |  点击率:1088

微流控

微流控
 
  微流控是一种基于微米尺度的技术,用于在小型通道中处理和操作流体。通常使用微型流道和微阀门等微加工技术来控制液体的流动和混合,以实现化学和生物反应。
 
  通过对流量的控制,实现化学分析、药物筛选、细胞培养等多种功能。在这个微尺度系统中,涉及到化学、生物学、细胞和器官的流动。基于低雷诺数层流理论、非牛顿流动理论和生物流体理论研究微尺度流动特性,考虑动电效应、界面效应、多物理场耦合效应等。
 
  目前,微流控正在向纳米流体芯片发展,在纳米医学、器官芯片等新领域发挥着重要作用。一些新的流动现象引起了国内外相关领域的广泛关注。
 
  优势分别如下:
 
  (一)集成小型化与自动化
 
  可以将样品检测步骤集中在一个小芯片上,通过流道的尺寸和曲率、微阀和腔体设计的组合,将这些操作步骤集成起来,终使整个检测集成小型化、自动化。
 
  (二)高通量
 
  可以设计为多通道控制,通过微通道网络,可以将待测样品同时划分为多个反应单元,并将反应单元相互隔离,使每个反应不相互干扰。因此,可以根据需要用同一个样本并行检测多个项目。与常规的逐项检测相比,大大缩短了检测时间,提高了检测效率,具有高通量的特点。
 
  (三)检测试剂消耗少
 
  由于集成检测的小型化,使该芯片上的反应单元腔体非常小,虽然试剂配方的浓度可能有一定比例的提高,但是试剂使用量远远低于常规试剂,大大降低了试剂的消耗量。
 
  (四)样本量需求少
 
  因为只需要在一个小芯片上完成检测,所以需要检测的样本量非常小,往往只需要在微米甚至纳米级。此外,还可以直接用全血检测。对于婴幼儿、老年人和残疾人来说,血容量小,静脉采集困难,检测更方便;或者稀有样品非常珍贵,可以检测多个指标。
 
  (五)污染少
 
  由于集成功能,实验室中所有需要人工完成的操作都自动集成到芯片中,使得人工操作时样品对环境的污染降到很低。例如,在分子核酸的检测中,无论是样品本身还是制备后用于检测的核酸,都会对实验室造成污染。气溶胶的扩散使得后续的样品检测容易出现假阳性。这就是为什么传统的分子核酸检测需要在至少三个房间里进行不同的操作。微流控技术的应用很好地解决了这一问题。
 
  与传统的实验室技术相比,该技术具有许多优点。可以减少试剂和样品的使用量,从而降低成本和减少垃圾产生。其次,可以实现高通量的化学和生物反应,大大提高了实验效率和数据质量。此外,还可以利用微米级别的空间分辨率对细胞和生物分子进行操作和控制,从而拓展了生命科学和医学研究的领域。
 
  在生命科学方面,被广泛应用于DNA测序、蛋白质分析、单细胞分析、药物筛选等领域。例如,在单细胞分析中,可以将单个细胞捕获到微米级别的小型反应器中,进行高通量的基因表达和蛋白质分析,获得更精确和全面的细胞特征信息。在药物筛选中,可以实现高通量的药物筛选流程,快速筛选出具有潜在药效的化合物,从而加速新药研发进程。
 
  在医学方面,也具有广泛的应用前景。例如,在癌症诊断中,可以利用血液中循环肿瘤细胞(CTCs)进行早期癌症检测和疾病监测。通过芯片捕获和分离CTCs,可以对其进行基因组、转录组和蛋白质组学分析,为个性化治疗提供更准确的预测和指导。此外,在微创手术和组织工程领域,也被广泛应用于生产人工器官、修复组织缺陷等。
 
  然而,微流控技术的成功与否取决于操作技能、使用经验和安全问题的处理。对于操作技能,需要掌握以下几个方面:
 
  1、设计和制造微流道芯片:这需要对微流通道的设计和制造有一定的了解,包括CAD软件的使用和微纳米制造技术的应用。
 
  2、系统的组装与调试:这需要对芯片的材料和结构有足够的了解,以及对流体动力学原理的掌握。此外,需要熟练操作电子设备和光学设备。
 
  3、实验操作技巧:这需要对微量液体样品的操作有一定的技巧,例如样品的抽取、混合和注入等。
 
  其次,对于使用经验,需要关注以下几个方面:
 
  1、操作记录:对每次实验的参数和结果进行详细记录,以便后续分析和复现。
 
  2、数据分析:需要熟练掌握实验所得到的数据处理方法,例如图像处理和统计学分析等。
 
  3、实验优化:根据实验结果对实验参数进行优化,以获得更好的实验效果。
 
  关于安全问题,需要注意以下几个方面:
 
  1、操作规范:遵循标准操作规程和实验室安全要求,确保实验过程安全可靠。
 
  2、个人防护:戴上手套、防护眼镜和口罩等个人防护用品,避免接触有毒、有害物质。
 
  3、废弃物处理:正确处理废液和废料,避免对环境造成影响。
 
  综上所述,微流控技术的操作技能、使用经验和安全问题都是需要注意和重视的。只有合理掌握这些方面,才能够保证实验的成功和安全。

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