浅析微流控芯片技术
微流控技术被Forbes杂志评为影响人类未来15件最重要的发明之一。直至今日，各国科学家在这一领域做出更加显著地成绩。微流控技术作为当前分析科学的重要发展前沿，在研究与应用方面都取得了飞速的发展。 微流控技术发展史 Manz和Widmer等人早在1990年就首次提出了微型全分析系统(Miniaturized Total Analysis System，(iTAS)的概念。1995年首家从事微流控芯片技术的Caliper公司成立。2002年Quake等以“微流控芯片大规模集成”为题在 Science上发表文章，微流控芯片引起科学界的广泛关注。2003年，微流控技术被Forbes杂志评为影响人类未来15件最重要的发明之一。直至今日，各国科学家在这一领域做出更加显著地成绩。微流控技术作为当前分析科学的重要发展前沿，在研究与应用方面都取得了飞速的发展。 微流控芯片的诞生是伴随着现代分析科学技术的不断发展与进步而出现的。分析技术的进步极大的推动了生命科学的发展，与此同时，人们对生命科学的研究从宏观逐步深入到微观，为了适应生命科学从宏观到微观的发展的需要，分析仪器正不断趋于微型化。 随着微流控芯片的不断发展，科学家逐渐认识到微型全分析系统只是微流控芯片的一个类别。微型全分析系统是以样品分析为最终目的的一类微流控芯片的统 称。微型全分析系统的目的是通过分析设备的微型化与集成化，最大限度地将分析实验室的功能转移到便携的分析设备中。微型全分析系统将生化分析的许多过程与 步骤，即生化分析实验室的“功能集成结构缩微”在几平方厘米左右(或更小的芯片上，具有检测速度快、试样用量少、通量高等显著的特点。微流控分析芯片综合 了MEMS技术与微流体力学、化学、生物学、医学、计算机、材料等多学科领域，可以实现多种分析功能，最大限度地把采样、稀释、加试剂、反应、分离、检测 等分析功能集成为一体的微型全分析系统。 什么是微流控技术（微流体技术）？ 微流控芯片实验室，又称其为芯片实验室(Lab-on-a-Chip)或微流控芯片(Microfluidic Chip)。微流控芯片是微流控技术(Microfluidics)实现的主要平台。其装置特征主要是其容纳流体的有效结构(通道、反应室和其它某些功能 部件)至少在一个维度上为微米级尺度，操控微小体积的流体在微小空间中的活动，在微小的芯片上构建化学或生物实验室，从而将多种化学和生物学的过程集成到 快速和自动的微流控系统。 由于微米级的结构，流体在其中显示和产生了与宏观尺度不同的特殊性能，因此发展出独特的分析产生的性能。 用于制作微流控芯片的材料主要有哪些？ 微流控分析芯片发源于MEMS技术，因此早期常用的材料是晶体硅和玻璃。高分子聚合物材料近年来己经成为微流控芯片加工的主导材料，它的种类繁多、价格便宜、绝缘性好，可施加高电场实现快速分离，加工成型方便，易于实现批量化生产。 晶体硅具有散热好、强度大、价格适中、纯度高和耐腐蚀等优点，随着微电子的发展，硅材料的加工技术越来越成熟，硅材料首次被用于微流控芯片的制作。 硅材料具有良好的光洁度和成熟的加工工艺，一次可以用于微泵、微阀和模具等器件。但是硅材料也具有本身的缺点，例如绝缘性和透光性较差、深度刻蚀困难、硅 基片的粘合成功率低等，这些影响了硅的应用。 玻璃己被广泛用于制作微流控芯片，使用光刻和蚀刻技术可以将微通道网络可在玻璃材料上，它的优点是有一定的强度、散热性、透光性和绝缘性都比较好，很适合通常的样品分析。 目前，高分子聚合物材料由于成本低、易于加工成型和批量生产等优点，得到了越来越多的关注。用于加工微流控分析芯片的高分子聚合物材料主要有三大 类：热塑性聚合物、固化型聚合物和溶剂挥发型聚合物。热塑性聚合物包括有聚酰胺(PI)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸 乙二醇酯(PET)等；固化型聚合物有聚二甲基硅氧烷(也称硅酮弹性体或硅橡胶，PDMS)、环氧树脂和聚氨酯等，将它们与固化剂混合后，经过一段时间固 化变硬后得到微流控芯片。溶剂挥发型聚合物有丙烯酸、橡胶和氟塑料等，将它们溶于适当的溶剂后，经过缓慢的挥发溶剂而得到芯片。PDMS材料因其显著的优 势，在学术界与工业界中的微流控芯片研究与应用极为广泛。PDMS芯片经软刻蚀加工技术，可以实现高精度微结构的生成。并且，由于这种材料的弹性，可以更 好地与外界部件进行整合。PDMS芯片应用在某些生物实验中，可以形成足够稳定的温度梯度，便于反应的实现。除此之外，由于其对可见光与紫外光的课穿透 性，使得其得以与多种光学检测器实现联用。在细胞实验中，由于PDMS的无毒特征以及透气性，因此显现出其他聚合物材料相比不可替代的地位。 微流控芯片是如何制作出来的？ 微流控芯片通道的加工制作主要有：模塑法、光刻化学腐烛方法、离子或反应离子深刻蚀方法、注塑、印模或激光烧烛、软刻烛技术、热压法等。 硅及玻璃芯片的制作主要釆用起源于制作半导体及集成电路芯片的光胶、掩模和紫外光进行微结构制造的光刻和刻蚀技术。高分子材料具有价格低廉、易于加 工等特点，己经被广泛的用于一次性使用芯片的制作。由于高分子聚合物的种类很多，各种材料的物理化学性质不同，所以制作技术也不尽相同。目前的加工方法主 要有激光烧蚀法、喷射模塑法、热压法，以及软刻蚀技术等。
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