微流控系統(tǒng),指的是集微流體的驅動、操控、監(jiān)測、反應、檢測與分析等功能于一體的實驗平臺,常規(guī)來講,一個微流控系統(tǒng)應包含以下幾個子系統(tǒng):
1.流體驅動子系統(tǒng)。
2.過程監(jiān)測及控制子系統(tǒng)。
3.微流控芯片。
4.檢測分析子系統(tǒng)。
下圖為PLGA(聚乳酸-羥基乙酸共聚物)微球制備微流控系統(tǒng)的實物連接圖,可輔助理解微流控系統(tǒng)的概念。
流體驅動子系統(tǒng)
此部分通常由微流體驅動泵組成。
壓力泵、注射泵和蠕動泵是常用的微流體驅動泵,可滿足多種微流控應用需求,其中,壓力泵常用于高精度高穩(wěn)定性微流體進樣(如液滴制備),注射泵常用于中等精度和高壓微流體進樣(如微流控石油驅替),蠕動泵常用于低精度大流量循環(huán)流體進樣。
下圖展示了FLOW-EZ壓力泵工作原理和一個簡易微流控系統(tǒng)示意圖。
過程監(jiān)測及控制子系統(tǒng)
此部分通常由流量傳感器和各種閥門組合而成。
在此子系統(tǒng)中,即可實現(xiàn)流量的反饋控制,同時,結合閥門控制,也能實現(xiàn)流體的序列進樣、循環(huán)進樣和體積定量等多種流體操控,實例可參考下圖。
微流控芯片
微流控芯片為微流控系統(tǒng)中的核心部件,通常需在搭建微流控系統(tǒng)前,根據(jù)所研究應用設計微流控芯片,再根據(jù)芯片功能需求選擇所需的驅動源、閥以及顯微鏡和CCD等組件。
通常情況下,考慮到成本、實驗室環(huán)境以及時間等因素,可在標準微流控芯片、定制微流控芯片和搭建自己的芯片研發(fā)實驗室之間做出選擇。
下圖為Micronit所研發(fā)的多種標準微流控芯片及其部分夾具展示。
檢測分析子系統(tǒng)
在細胞培養(yǎng)、細胞成像和石油驅替等多數(shù)應用中,需要對微流控芯片上反應進行觀察、記錄及分析等操作,而這些微反應是肉眼不可見的,需要使用高速CCD,顯微鏡或光譜儀等高精度設備對實驗現(xiàn)象進行檢測、數(shù)據(jù)采集及分析。
下圖展示了一種微米級光譜儀,以及其所記錄的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)分析。
在搭建微流控系統(tǒng)時,我們可以選擇功能比較齊全、適配性較高的通用型微流控綜合實驗平臺(見下圖),但在更多時候,針對不同應用,尤其是微流控領域的嶄新應用,我們更需要一個具性價比的定制微流控系統(tǒng)解決方案。
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