单片机控制的微流控芯片微型气动装置系统设计

微流体控制和驱动技术是微流控芯片（Microfluidic Chip)的发展和应用的关键技术之一,介绍了一种基于STC90C516RD+系列单片机控制和驱动微流控芯片内管道内液体的电路结构设计。设计的微流控芯片上集成了微管道、微阀和气动微泵等结构,单片机通过外部的独立按键选择和控制电磁阀,实现对微流控芯片内的进样管道选择和流体控制。该系统结构简单、稳定可靠,适宜作为独立的系统实现微流控芯片的复杂控制。     

封面图片说明：微流控专题 科技智库专题

 微流控技术是由微通道和微结构组成具有功能性和完成特定任务的微流体系统技术。微流控芯片技术（Microfluidics）是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，自动完成分析的全过程。由于它在生物、化学、医学等领域的巨大潜力，已经发展成为一个生物、化学、医学、流体、电子、材料、机械等学科交叉的薪新研究领域，广泛应用于化学分析、基因分析、细胞筛分、生物医疗、化学合成、纳米材料制备等领域。     

微流控技术

正微流控技术是由微通道和微结构组成具有功能性和完成特定任务的微流体系统技术。微流控芯片技术(Microfluidics)是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上,自动完成分析的全过程。由于它在生物、化学、医学等领域的巨大潜力,已经发展成为一个生物、化学、医学、流体、电子、材料、机械等学科交叉的崭新研究领域,广泛应用于化学分析、基因分析、细胞筛分、生物医疗、化学合成、纳米材料制备等领域。     

声表面驻波在微流控领域的应用

 声表面驻波（SSAW）因其非接触性及生物相容性，目前已被广泛应用于微流控领域，在生物医学、诊断学等领域有着广阔的应用前景。概述了声表面驻波的形成过程和对微流体中粒子的控制机理；综合当前该技术国内外研究现状，分析了在微流控领域中声表面驻波相对于其他物理场的优势；针对声表面驻波在微流控领域中存在的问题对未来的研究提出了合理展望。     

光流控研究现状及趋势

光流控是一门新兴的交叉学科,它结合了微流控和光(子)学两大领域和技术的优势.广义上来说,光流控包含微流体控制光和光控制微流体两个方面.该文基于"第四届国际光流控会议(光流控2014)",总结和阐述光流控领域的现状及发展趋势.     

微热气泡驱动下的微流控的理论研究

微流控技术是指在微纳米尺度下利用流体的动力学特征，对微粒进行俘获、富集、自组装等微操作的技术.其已发展为一个生物、化学、医学、材料、光学、流体、机械等多学科交叉的崭新研究领域.其中，微热气泡驱动的流体具有优异的可操控性，受到越来越多研究者的关注.本文基于微热气泡的产生机制，结合热力学和流体力学的理论知识，采用COMSOL Multiphysics 4.4数值计算软件，对微热气泡驱动下的流体的流速场进行模拟和定量分析.结果证明，微热气泡表面具有马格兰尼效应，其驱动下的流体以漩涡的方式高效地俘获和富集微粒，与实验现象相符.因此，本文从理论上探究微热气泡驱动下的流速场性质，对提高微流体的可操控性，促进微流控技术的发展都具有重要的意义.     

压电微流芯片的一维传递矩阵模型及参数优化

以压电陶瓷为振动源的压电微流芯片是实现微粒子操作、细胞分离等微流控研究的重要手段之一。能够描述压电效应以及超声声场在微流芯片各介质中分布规律的传递矩阵方法是进行微流压电芯片分析、设计与优化的一种有效手段。采用传递矩阵法推导了层叠式压电微流芯片的一维传递函数模型;对给定的算例芯片进行了参数分析与结构优化设计。结果表明一维传递函数模型既可在压电微流芯片设计中对结构参数进行优化,又可在实验过程中对实验参数的选定提供指导。     

微流控芯片在单细胞捕获中的应用

 单细胞捕获是单细胞水平研究的前提和重要组成部分。微流控芯片通常具有与细胞尺寸相当的微通道结构,并能操控纳升至皮升级的极小体积流体,非常适用于高通量的单细胞捕获,加上微流控芯片能够将其他多种操作单元集成在一起,为单细胞分析提供了一种效率高、消耗低的研究平台。概述并对比了多种涉及流体力学、光、电、磁、声等领域的微流控单细胞捕获技术的原理和应用,展望了其未来的研究方向。     

微流控技术在生物膜研究中的应用

生物膜是由细菌及其分泌的胞外聚合物组成的微生物簇. 目前,生物膜培养和研究多采用静态培养平台（如培养皿和孔板）,这种方式缺乏精准模拟理化微环境、高通量以及原位分析细菌行为的能力. 近年来,微流控技术作为一种在微米尺度处理和操纵流体的新技术,在生物膜研究中的应用不断增加,且取得了一系列突破性进展. 文章系统综述了最新的基于微流控技术的生物膜研究成果,总结并展望了微流控技术辅助生物膜研究的优缺点及未来方向,以期为全面了解和拓展微流控技术在生物膜研究中的应用提供帮助.     

微纳制造、微流控及生物介观仿真

首先解释了生物介观仿真的重要性,然后简要介绍了生物介观仿真的两个基本方法,即微纳制造和微流控技术,并描述了将这两种技术应用于生物介观仿真的几个例子。鉴于生命科学中各学科领域的飞速发展,相信发展以微纳制造和微流控技术为基础的介观仿真工程对基础和应用研究都会有很大的推动。     

微流控毛细管电泳-流动注射联用技术在分离和测定中药制剂中麻黄碱与伪麻黄碱的应用

采用较短的毛细管作为分离通道,建立了一种微流控毛细管电泳和流动注射联用的分离测定麻黄碱和伪麻黄碱的新体系.该体系由一个H-型微芯片接口、一个水平放置的毛细管(作为分离通道)、两个竖直放置的Tygon管(作为阳极和阴极的电解质流通储液槽)组成.在最佳实验条件下,麻黄碱和伪麻黄碱标准品的进样频率可达到60 h-1,且完全基线分离,重现性良好,检测限(S/N=3)分别为:麻黄1.77 μg/mL,伪麻黄2.03 μg/mL.该微流控体系已用于3种含有麻黄碱和伪麻黄碱的市售药品的测定,结果令人满意.     

微流控芯片在生物化学分析中的应用

在介绍微流控芯片基本特征的基础上，阐述了微流控芯片的独特优势，并从5个方面探讨了微流控芯片在生物化学分析中的应用。     

微流控芯片上全自动单细胞电动操控技术

发明了一种基于尺寸差异的单细胞全自动操控微流控芯片装置,可全自动检测细胞的大小,并对目标细胞进行全自动的电动操控。本装置主要由微流控芯片、差分放大器、继电器、数据采集卡以及计算机等组成。当细胞通过微流控芯片的电阻脉冲检测(RPS)的检测区时,会产生一个一定幅值的脉冲信号,计算机会根据设定的信号幅值自动识别出目标细胞,并控制继电器的通断电,继电器通电后,继电器所在通道内会产生电渗流,从而将目标细胞输运至该收集通道。系统具有全自动操控和分选精度高等突出优点,非常适合于操控样品中少量的目标细胞,如循环肿瘤细胞等。     

模拟孔喉构型变径通道中微气泡流动特性研究

为了了解微泡沫驱中微气泡在多孔介质中的渗流特性,设计制作了一种集成T型通道和变径通道的微流控芯片,采用基于显微成像的微流控系统观察了液相分别为去离子水和0.02%吐温20水溶液时,微气泡在变径通道内的流动特性,并采用CFD方法分析了微气泡融合、变形过程中速度和压力变化情况。研究结果表明,以去离子水为液相时,随着气体压力和液相流速的变化,微气泡在流经变径通道时出现融合和不融合两种行为;以0.02%吐温20水溶液为液相时,微气泡在流经变径通道时会依次通过;微气泡在“喉—孔”处融合时,表面张力促使微气泡变形导致周围流体速度波动较大,形成“涡流”;融合后的气泡再次进入“喉道”时,“孔道”内压力增大。本研究有助于进一步认识微泡沫驱的渗流特性及驱油机理。     

用于细胞成像的便携型微流控芯片检测系统

针对微流控芯片检测装置普遍需要大型数码显微镜的问题,使用自行设计的一套嵌入式微流控芯片小型成像系统拍摄芯片管道中的细胞,并提出在该条件下细胞自动检测与识别的算法。首先,用球形波进行图像背景校正,然后用基于局部方差的直方图均衡化算法进行细胞目标增强,并作滤波和背景去除处理,最后用C anny算子检测细胞边缘并返回原图对细胞进行标记。结果表明:小型的微流控芯片检测系统和处理方法可以使整个片上系统实现更高的集成化、自动化和便携性。     

集成琼脂糖结构的微流芯片在菌群研究中的应用

介绍集成琼脂糖结构的微流芯片的制作过程及其在菌群培养中的应用。设计了两种集成琼脂糖结构的微流芯片。第一种结构的芯片是恒化器（chemostat）微流芯片,可以用于研究杀菌动力学。这种微流芯片具有实现实时检测,简化实验操作,可以输出耐药菌等优点,有潜力成为研究杀菌动力学的一种方法。为了获得与细菌数目有关的更多信息,第二种结构的芯片集成3个不同高度的培养室,采用测量荧光强度和光密度值（optical density value, OD value）的方法来表征不同高度培养室的细菌数目。结果表明,这两种方法测量得到的细菌生长趋势基本上是一致的。这两种结构的芯片具有易于加工,限制细菌在培养室内生长而且允许营养物质自由扩散等优点,为研究可游动细菌提供了一个简便的方法。     

应用于生物检测的微流体聚焦芯片的研制

为了完成生物检测实验中待检测微球的单列通过,基于流式细胞仪的技术原理,设计了一种微流体聚焦芯片,并利用Intellisuite软件对聚焦进行仿真和设计.用微浇铸方法制作基于聚二甲基硅氧烷的微流控芯片,并采用插针式封接,提高了芯片成品率.通过实验制作芯片,并将它应用于测试,成功地实现了直径为10 μm的悬浮待检测微球呈单...     

基于可控液压阀的微流体驱动结构

一种基于液压驱动的微阀结构的微流体驱动结构及其驱动方法,微阀结构采用压电陶瓷作为能量输出单元,以作用于压电陶瓷的可控PWM波实现实时开关控制.在该驱动结构中置有主泵腔以及多个液压微阀,采用高速动态调节各微阀开关状态的方式实施流体的驱动.该驱动结构具有体积小,控制精确,易于集成于微流控芯片等特点,可用于微全分析系统中的流体驱动,POCT小型化设备的流体控制等方面.