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    数字微流控技术的基本工作原理

    发表于 2019-03-12 16:32:48
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    甘肃11选五开奖查询 www.ambcx.com 据麦姆斯咨询报道,数字微流控(Digital microfluidics, DMF)是一种强大的新兴技术,它利用微升至纳升范围内的液滴精准操作来实现复杂的实验室分析。

    数字微流控通常与其他分析工具结合使用,如质谱、比色、电化学分析和电化学发光分析等。

    通过在一系列步骤中以一系列层次组合并重复多次操作,得以实现复杂的实验程序。数字微流控的基本机制类似于更传统的方法,但是所涉及的液体体积要小得多,其流程也高度自动化。

    数字微流控技术中,微滴的生成和操作由电润湿、介电电泳和不混溶流体流动三大原理支撑。

    数字微流控技术的基本工作原理

    数字微流控技术依赖于由液体表面张力引起的液滴生成。表面越疏水,液体渗透性越差。疏水性可以利用电场产生,该过程被称为介质上电湿润(Electrowetting on Dielectric, EWOD)。运用电场产生液体表面的极性亲水性,使液滴变平??刂萍恢靡陨烧帕μ荻?,使受控液滴位移发生在微流控平台表面。

    数字微流控平台的设置基于基板、电极及其配置,使用的电介质及其厚度,疏水层和施加的电压。各个电极在底层以阵列形式图案化,连续电极则位于顶层。

    介电材料(如玻璃)围绕着底层电极,负责电荷和电场梯度的积累。顶层通常涂有疏水层,以在微滴接触点处生成低表面能。

    当施加电压时,电极被激活,导致表面液滴或多或少变得易被润湿。如果附近的电极被控制电压激活而下层电极未激活,则液滴将移动。因此可以通过沿着电极线的线性阵列电势变化来操纵液滴。

    数字微流控技术的最新进展

    由数字微流控技术引起的液滴3D运动允许微流控装置同时执行两个不同的任务。通过使液滴可以进入两种环境,广泛开辟了生物学应用。此外,芯片尺寸也得以减小,为平台设计提供了更大的自由度。

    另一种称为全地形液滴驱动的方法可以用于非传统表面的液滴输送,如弯曲、倒置或非水平形状。

    数字微流控技术的优势所在

    数字微流控技术,也称之为芯片实验室技术,在生命科学研究领域拥有众多优势。包括其在便携性方面的高潜力,以及(稀有或昂贵)试剂或样品消耗量的显著减少。

    其他显著优势包括数字微流控系统提供的高通量容量,以及因其尺寸小而不需要过多的功耗。

    数字微流控技术的应用

    数字微流控装置通常使用磁性颗粒、光学镊子、液液萃取或流体动力效应,用于分离和提取所需分析物。

    例如,液滴可以穿过数字微流控装置上的电极阵列到磁性电极,其中的磁性颗粒被功能化,使它们可以与目标分析物结合。

    下一步,液滴在磁体上移动,磁场消除,磁性颗粒得以悬浮在液滴中。然后磁场被恢复以固定颗粒,同时使液滴移动。重复上述过程并伴随洗涤和洗脱缓冲区以生成纯分析物。

    该步骤已经使用抗人血清血蛋白抗体进行试验,证明了数字微流控技术在免疫学方面的潜力。

    由于数字微流控技术使用的样品体积较小,对生物原理的提取通常较为困难。然而,数字微流控技术与宏观流体系统的组合则可以绕过这一障碍。

    数字微流控技术也已经应用于创建免疫测定装置,在异质免疫测定情况下,数字微流控技术通过自动递送、混合、培养和洗涤芯片上的分析物,极大地简化并扩展了复杂的实验程序。一些实例包括检测人胰岛素、肌钙蛋白I、TSH(促甲状腺激素)和17-β雌二醇。

    此外,数字微流控技术可以与质谱联用以减少对溶剂和试剂的使用,同时降低分析所需时间。

    其他领域的应用包括核磁共振光谱学,小规模反应化学合成以生成肽模拟物或PET示踪剂,其需求量只有纳克。数字微流控技术加快了实验流程并实现了自动化,同时又保留了传统大规模合成90-95%的效率。

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