微流控系統,指的是集微流體的驅動、操控、監測、反應、檢測與分析等功能于一體的實驗平臺,常規來講,一個微流控系統應包含以下幾個子系統:
1.流體驅動子系統。
2.過程監測及控制子系統。
3.微流控芯片。
4.檢測分析子系統。
下圖為PLGA(聚乳酸-羥基乙酸共聚物)微球制備微流控系統的實物連接圖,可輔助理解微流控系統的概念。
流體驅動子系統
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示意圖。
過程監測及控制子系統
此部分通常由流量傳感器和各種閥門組合而成。
在此子系統中,即可實現流量的反饋控制,同時,結合閥門控制,也能實現流體的序列進樣、循環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中的核心部件,通常需在搭建微流控系統前,根據所研究應用設計微流控芯片,再根據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實驗室之間做出選擇。
下圖為Micronit所研發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
在細胞培養、細胞成像和石油驅替等多數應用中,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象進行檢測、數據采集及分析。
下圖展示了一種微米級光譜儀,以及其所記錄的數據和數據分析。
在搭建微流控系統時,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解決方案。
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