微流控技术及其应用与发展

微流控技术广泛应用于生化分析、疾病诊断、微创外科手术、环境检测等领域。微通道结构的设计与制造、微纳尺度流体的驱动与控制、微流控器件及系统的集成与封装是该领域的3大关键技术。本文综述了微流控技术在这3个方面的发展现状及在不同领域中的应用,展望了微流控技术的发展前景,指出多相微流体的介观传输理论及跨尺度流体的性质将是今后研究的重点与热点。     

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.     

一种新型的数字化微粉体混合器

利用压电陶瓷驱动器产生的脉冲惯性力来驱动和扰动微流体,实现了粉体流的均匀离散和微喷射,具有数字可控性.设计了一种粉体微混合器,该微混合器将玻璃微管道拉制仪拉制的三根微管道组合起来,形成含有两个进口与一个出口的微流道,无需复杂的玻璃微加工技术及键合、芯片钻孔等工艺.工作时通过数字化控制每一根进料微管道内的粉体喷射至混合腔内,实现粉体的微混合,最终生成的混合物由微混合器出口喷射而出.进行了300目银粉和280目刚玉粉的混合实验,证明该混合器可以用于粉体的微混合.     

在PDMS-玻璃微流控芯片上的细胞培养

微流控芯片上的细胞培养技术是构建一个整体化的片上细胞分析实验室的基础。针对芯片上细胞培养存活率低、容易污染等问题,该文提出了一套polydimethylsiloxane(PDMS)-玻璃微流控芯片的制备、处理方法及片上细胞培养的操作流程,并讨论了影响微管道细胞培养的因素,包括准备细胞悬液、避免气泡、芯片表面处理和培养液中的血清浓度等。应用这套方法,在微流控芯片上成功培养了多种哺乳动物细胞。     

应用于微流控实验平台的流量泵控制系统设计

微流控芯片作为实验平台,促使复杂的生化实验小型化,具有集成度高、灵敏度高、实验可控度高、便于观察与分析、携带方便等优势。为了实现微流量的精确控制,研制开发了基于STM32的微型流量泵控制系统,该系统可以实现精确到10μL/min的流量控制。系统以STM32为主控芯片,通过I²C总线实现对压电泵驱动芯片DRV2667、差压传感器SDP31的控制,并将流量值在OLED显示屏上显示。整个设备的体积为17.4 cm×13.4 cm×2.7 cm,小巧便于携带。测量结果证明,该系统可以应用于微流控实验设备。     

基于人工微台阶分选与捕获肿瘤细胞的微流控芯片

开发具有契合肿瘤细胞尺寸的微台阶结构的微流控芯片以将肿瘤细胞从正常人血细胞中分选并捕获出来．结合微加工技术,先后两次对同一块玻璃基底进行刻蚀,改变两次刻蚀的图样与时间最终与盖板间形成高度为10μm的微台阶结构,通过玻璃基底与有机高聚物PDMS（Polydimethylsiloxane）盖板的键合制作出微流控芯片．利用具有微台阶结构的芯片,悬浮于磷酸盐缓冲盐溶液中的肿瘤细胞（MCF-7）被全部捕获在微台阶结构内,尺寸小于台阶的正常人血细胞（红细胞）流过台阶未被捕获,实现了将肿瘤细胞从正常血细胞中分选并捕获．捕获在芯片中的肿瘤细胞都具有活性．芯片整体透明,肿瘤细胞捕获过程不需要进行化学修饰等预处理．     

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。     

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...     

基于液滴微流控芯片的单细胞分离

开发基于静电场力和集成微电极的微液滴操控技术以实现单细胞的分离.结合微流控技术的发展,设计并制作了以有机聚合物PDMS( polydinethylsiloxane)为材料的具有流聚焦结构的芯片,利用流聚焦结构的芯片,通过改变分散相和连续相的流速,制备包裹着悬浮癌细胞( HCT116)的海藻酸钠凝胶溶液微液滴,并对其包裹细胞数目进行统计分析,其中包裹单细胞的微液滴少于总液滴数的10％.受到液滴自带电现象的启发,通过集成微电极到微流控芯片中,利用电压脉冲产生静电场力,实现了单颗单细胞微液滴的电分离和富集.     

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。     

岩棉生产线主传动控制系统的分析与改进

根据笔者近年来从事岩棉生产线电气系统设计的经验,对目前国内引进的岩棉生产线主传动电气控制系统,特别是主传动系统的结构及控制器的设计原则作一简要分析,并提出了一种基于单片机的新型主传动控制器。     

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。     

基于CAN总线的智能水环境监控系统

对一种基于CAN总线的智能集散控制系统的水环境多参数检测及监控系统进行研究。利用Visual Basic6．0中的通信控件与多台下位机进行数据通信实现参数设定及数据采集，并利用Visual Basic6．0强大的数据库功能分析数据结果。     

Isolation of plasma from whole blood using a microfludic chip in a continuous cross-flow

A novel microfluidic chip is developed for crossflow filtration plasma from the whole blood which is carried out in a continuous manner. This microfluidic chip was made of a silicon substrate sealed with a compound cover. The silicon substrate fabricated by micro-electro-mechanical system (MEMS) technology consisted of microposts array, microchannels and reservoirs. Then the silicon substrate was characterized by Scaning Electron Microscopy (SEM). The performance of the microfluidic chip was valued by the experiments of plasma isolation. During more than one hour of continuous blood infusion through the chip, there were no problems of jamming or clogging, and the plasma selectivity of 97.78％ was achieved. Due to the chip’s simple structure and control mechanism with a continuous, real time operating manner, this microfluidic chip is easily expected to be integrated into micro total analytical system (μTAS) which will create a microanalysis system for point-of-care diagnostics.     

Fabrication technology of integrated fiber microfluidic electrophoresis chip

The technology of PCB was used to fabricate the chip mould, and the microfluidic electrophoresis chip was fabricated with PDMS material. The fiber integrated on the chip was used as the transmission medium, so the light spot size was near the depth of microchannel. The detection sensitivity was improved, and the optical focusing system was spared. The fabrication process, sealing methods and structure characteristic of PDMS microfluidic electrophoresis chips were discussed. The experiment was achieved by using the fabricated chip to separate FITC fluorescein and FITC-labeled amino acid mixture reagent, and the feasibility of the chip was validated.     

利用DTMF码实现PC机与多台单片机的主从通讯

本文利用ＤＴＭＦ码（双音多频码）实现ＰＣ机与多台ＭＣＳ－５１单片机的主从通讯。将每一台单片机及单片机所实施的控制都进行ＤＴＭＦ编码，ＰＣ机通过发ＤＴＭＦ码给单片机发指令，单片机也通过发ＤＴＭＦ码将信息反馈给计算机，从而实现控制过程的全自动化     

无中心码分多址扩频通信系统

介绍一种适于数据通信和语言通信的新型多址扩频通信系统,主要讨论用于数据通信时的信息帧结构以及系统操作过程.系统控制功能由单片机完成,使系统结构简单,性能可靠、适应性强。