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如何选择微流控芯片

如何选择微流控芯片

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什么是微流控芯片

微流控芯片

 

微流控芯片是微流控系统中的一种微型化反应装置。

微流控芯片通过芯片通道入口和出口与外部模块(压力泵、注射泵、储液池等)相连,可将流体或气体驱动至芯片内的通道或腔室中,以进行反应和分析。微流控芯片内部的通道和腔室结构专门为所需进行的应用和分析(细胞培养,器官培养,DNA分析,数字PCR、液滴生成等) 而设计,因此,微流控芯片集成度高,可以在单个微流控芯片中,完成实验室的若干功能,具有非常多的优点:

1.减少样品和试剂消耗量;

2.提高实验自动化程度;

3.最大限度地缩短分析时间;

4.集成化,微型化和便携化;

5.高分辨率,高灵敏度。

 

微流控芯片的材质

用于制作微流控芯片的主要材质分为三种:硅、玻璃和聚合物。

硅和玻璃最先被用于制作微流控芯片,随着新技术的出现,聚合物、复合材料和纸等材料都能用于制作微流控芯片,在某些情况下,由于实验的特定需求,微流控芯片的制作需要同时使用多种材料。

 

硅制微流控芯片的优缺点

硅制微流控芯片

 

硅是第一种应用于微流控芯片制作的材料,具有以下优点:

1.导热性好;

2.表面稳定;

3.耐有机溶剂;

4.易在金属表面沉积。

然而,由于硅本身硬度高,致使微流控芯片加工难度大,也难以制作成阀和泵等微流控部件,其本身不透明,难以应用在在光学实验中,再加上硅的价格相对昂贵。因此,硅很快就被玻璃和聚合物材料所取代。

 

 

玻璃微流控芯片的优缺点

 

玻璃是一种光学透明、电绝缘的非晶态材料,通常采用光刻或湿/干蚀刻方法加工。在微流控实验中,玻璃除了拥有与硅相同的优点外,还具有以下优点:

1.优秀的光学透明度

2.优异的耐高压性

3.生物相容性

4.化学惰性

5.允许高效涂层

玻璃的诸多优点,使得玻璃微流控芯片可应用于毛细管电泳、石油驱替、液滴生成、溶剂萃取和原位制备等实验中。不过,玻璃微流控芯片透气性较差,不能用于长期的细胞培养,另外,玻璃硬度较高,加工与键合难度大,发展仍然受到成本限制。

 

 

聚合物微流控芯片的优缺点

 

聚合物微流控芯片

 

相比硅和玻璃,聚合物表现出很大的优势和灵活性:聚合物更易于获取,更便宜,更坚固并且拥有更快的制造工艺。可用于制作微流控芯片的聚合物有:聚苯乙烯(PS, Polystyrene),聚碳酸酯(PC, Polycarbonate),聚氯乙烯(PVC, Polyvinyl chloride),环烯烃共聚物(COC, Cyclic Olefin Copolymer),聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA, Polymethyl methacrylate),聚二甲基硅氧烷(PDMS, Polydimethylsiloxane)。其中,硬质塑料(PMMA等)因其具有一定的光学性能与耐压性,种类多,价格低,易于加工与表面改性,可实现微流控芯片的量产,但其热稳定性和生物相容性并不理想。而PDMS制作成本低,制备工艺简单且可浇注成型,在学术界应用非常广泛。PDMS微流控芯片的主要优点包括:

1.光学透明

2.弹性

3.无毒

4.稳定性

5.成本低

6.生物相容性好

PDMS芯片的主要缺点之一是其疏水性,在亲水实验中,需要对PDMS进行表面改性。PDMS芯片的另一个主要缺点在于其不能承受高压,因为PDMS具有一定的弹性,其内部通道在高压下会发生改变,并且很容易出现漏液情况。

尽管如此,PDMS仍是最常用的微流控芯片材料。

 

如何选择微流控芯片?

如上文所述,聚合物已经是微流控芯片制作的首选材料,但每种材料均有其优缺点,玻璃和硅仍具有不可替代性,例如在石油驱替中,更加倾向与玻璃作为芯片材料,而在基因测序中,必须使用玻璃微流控芯片。

微流控芯片制作材质的选择上,取决于微流控芯片的实际应用、使用条件、样品种类、实验预算等因素。如何选择微流控芯片,我们提供以下几点建议:

1.透明材料有利于光学观察与分析

2.材料必须具有优秀的生物相容性;

3.芯片制作工艺简单,成本低;

 

4.大多数芯片需要进行表面处理,以满足实际应用需求。