微流控技术及其应用领域

微流控是一种芯片技术。用微纳制造的方法可以在玻璃、塑料或硅基材料上制作与集成电路类似的微流体芯片，并用它对微量液体或气体进行精确操作并完成各种化学和生物学方面的实验。微流芯片基本结构单元的几何尺寸一般在几十到几百微米的范围之间。

虽然微流芯片可用玻璃和硅等材料制备，但用聚合物材料如塑料和PDMS制作微流芯片具有工艺简单、成本低以及生物兼容性好的优势。例如，可以将液态的PDMS及其催化剂混合物浇铸在一个用普通光刻方法制成的光胶模版上，经半小时热处理PDMS固化，剥离后可打孔，然后经等离子表面处理并粘贴在玻璃基片上即得到实用的微流芯片。在微流芯片的制作过程中，材料的表面处理具有特别重要的意义。一方面，微流通道的亲水性直接影响了微流样品的输运，通过物理或化学的表面改性可以使流体样品的浸润性提高。另一方面，表面处理的好坏，也决定了芯片键合及封装的成功与否。常用的表面处理方法如等离子清洗、化学清洗和分子自组装等方法都可以用在微流芯片的加工制作过程中来。

微流芯片可以被看作一个微量流体的操作和反应系统。最简单的芯片可由微流通道和与之相连的进样口和出样口组成。稍微复杂一点的芯片也可加入微反应池、微混合器、微分离单元、微探测器和其他的一些功能单元。功能更强一些的微流芯片有微泵和微阀，以便对微量流体进行有效的操作。但微流芯片中液体的驱动不一定是由机械泵来实现的，很多其他类型的驱动力诸如压强 （液压、气动、热膨胀）、毛细力、电泳、电渗、介电力、表面声学波等都可以有效地应用于微流液体的驱动。(www.xing528.com)

由于尺寸的减小，微流样品在芯片中的行为与宏观影像有着很大的差别。首先，在微流沟道中流体的速度分布是的很不均匀的。简单地说，由于黏滞力的作用，流体在通道中心的流速最大，越靠近管壁，流速越小。微流系统的尺度效应也表现在毛细效应、黏弹性、电动效应等物理过程中，从而导致一些特异的微流现象。特别重要的是，表面的作用将随着尺度的减小不断加强，这使得在宏观流动中常被忽略的效应如液体的表面张力、粒子电离后产生的库仑力、分子极化产生的范德华力、空间位形力等成为一些必须考虑的因素。如果处理的对象是比较复杂的流体，如电解质溶液、高分子溶液、有悬浮粒子的液体，甚至是凝胶液、多相流体、有化学反应的流体等，问题就会更复杂。此时，应当用宏观流体力学与微观分子动力学连接起来的介观理论来表达特征尺度为微、纳米量级的流动问题。例如用微流芯片在非溶性的两相流体中产生稳定地液体串并对其进行分裂、聚合等一系列操作。也可在微滴内进行不同的化学反应，以达到高通筛选的目的。