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3D cell microfluidic chip modeling research and application

2024-09-05

三维细胞培养使得细胞之间、细胞与胞外基质之间的相互作用成为可能。类组织和类器官是多能干细胞分化后的各种细胞通过自组装形成的三维微型组织，其结构和功能类似于人体器官。微流控技术的引入，不仅能够提供力学微环境，还能模拟人体器官在空间和时间维度上变化的生化和结构微环境。同时，生物传感等实时监测技术的应用，可以实现对三维模型的长期无损重复检测，包括生物物理、生物化学信号，以及pH值和氧水平的测量。在药物发现和毒性筛选方面，虽然目前的体外三维模型由于发展水平的限制，仍然无法完全替代动物实验，但由于其细胞来源于人类，有些情况下体外三维模型的准确性已超越了动物实验。 1. &nbs…

Microfluidic droplet migration across interfaces

2024-09-03

1. 液滴跨界面迁移操控微流控液滴进行相间转移的关键在于精准控制液滴的定向移动，包括液滴在相内和相间的移动。实现微通道内液滴定向移动的方法主要分为主动方式和被动方式，这两种方式各有优劣。主动方式依赖外力来实现液滴的定向移动，如通过外加磁场、声场、电场等。其优势在于可以通过调整外场的方向和强度来精确控制液滴的移动方向和驱动力的大小，从而实现对液滴更为精准的操控。此外，主动方式为操控特殊流体（如磁流体）提供了新的思路。然而，这种方式需要复杂的设备和更多的人工调控，因而增加了设备成本、人工成本和能耗。被动方式则不依赖外力，例如利用特殊的微通道结构、流体动力…

In vitro vascular network modeling on microfluidic chips

2024-08-29

器官芯片（Organ-on-a-chip）和微生理系统（Micro-physiological system, MPS）是生物工程领域的前沿技术。这些平台通过生物打印、微流控芯片和组织工程技术的融合，在微尺度上模拟人体器官的功能，为药物筛选和疾病研究提供了接近人体生理条件的模型，旨在更准确地再现器官的生理和病理特性。 MPS进一步拓展了这一概念，通过模拟细胞和组织的三维环境，弥补了传统二维细胞培养和动物模型的不足。微流控系统在MPS中起着关键作用，能够在微尺度上精确控制流体，为细胞提供动态流体力学环境，尤其在模拟血管系统时显得尤为重要。因此，体外重建血管系统成为器官芯片和MPS构建的核心挑战…

Microfluidic Ion Concentration Polarization Chip

2024-08-27

1. 离子浓差极化（ICP）简介离子浓差极化（Ion Concentration Polarization, ICP）作为一种有效的分离和富集手段，已广泛应用于微流控芯片中。集成ICP功能的微流控芯片具备高效、快速、低样品消耗和广泛适用性等优点。 ICP是一种在外加电场作用下发生于微纳交界面的电动传输现象。以负电荷样本粒子为例，当微米通道与纳米通道连接时，由于纳米通道的双电层重叠且表面带有负电荷，纳米通道表现出阳离子选择性。在外加电场的驱动下，阳离子可以通过纳米通道，而阴离子则因强静电相互作用被排斥，导致在离子选择性膜两侧形成离子耗尽区与离子富集区。电渗…

Application of microfluidics in the preparation of energy-containing materials

2024-08-22

微流控技术目前已广泛应用于医学检测、精细化学品合成、纳米功能材料制备以及药物合成等领域，且技术相当成熟。鉴于微流控技术在材料制备中的诸多优势，越来越多的研究开始探索其在含能化合物合成、单质含能材料重结晶改性以及复合含能材料制备等方面的应用。 1. 利用微流控技术进行含能化合物合成利用微流控技术进行含能材料合成具有显著的优势。首先，它大大提高了工作效率。在传统实验中，反应物的混合通常依赖于搅拌，这需要较长时间才能达到理想的均匀度。而微流控体系通过层流剪切、分布混合、延伸流动以及分子扩散等机制，实现了快速而高效的混合。微流控技术不仅能够精确控制工艺参数，而且…

Capillary microfluidic chip technology and application

2024-08-20

微流控芯片常见的应用策略是在芯片基体表面加工出微米至亚毫米级的流体通道或检测腔室。这些微结构通常通过键合技术封闭，再配合流体泵送装置和检测分析装置，实现自动化的流体输送与结果分析。目前，微流控芯片的微通道结构主要有两种形式： 1. 片状层叠结构：这种结构的微流体相互作用发生在二维平面上。常见的材料有聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和玻璃等。 2. 三维同轴管状嵌套结构：这种结构允许流体在三维空间中相互作用，常见的代表是毛细管微流控芯片。毛细管微流控芯片具有多种优势：其独特的三维对称流体通道，使得微流体能够在三维空间中相互作用，更容易实现液滴或纤维生成等效果。由于特…

Application of microfluidic technology in the field of cosmetics

2024-08-15

微流控技术是一项多学科交叉的综合技术，能够在微米尺度上精确控制和操控流体。与传统实验室的宏观技术相比，微流控技术具有样本需求少、高通量、低成本以及高灵敏度的优势。通过将微流控技术与细胞生物学、组织工程和生物传感技术相结合，它在化妆品安全性与功效评估中的应用前景广阔，值得关注。 1. 理化检测应用 1) 重金属检测为了实现美白效果，化妆品中常常添加汞，但过量使用会对皮肤和器官造成慢性毒害。针对这一问题的生物传感器应时而生，当Hg²⁺存在时，探针会转化为G-四联体DNA，并与血红蛋白结合形成DNA酶。该DNA酶与沉淀的T…

Microfluidic chip detection technology

2024-08-13

当样品被注入微流控芯片后，经过系统分离或处理，需要相应的检测手段来测定有关组分及其含量。微流控芯片因其体积小、样品消耗少、高度集成和快速分析能力而备受推崇。因此，检测技术要求包括易于集成、小型化、快速响应和高灵敏度等。目前，已有超过十种检测方法专为微流控芯片设计，其中光学检测和电化学检测尤为常见且效果显著。 1. 光学检测 1) 荧光检测器激光诱导荧光检测器和LED荧光检测器是两种常见的检测方法。其中，激光诱导荧光检测器是微流控芯片系统中最早且应用最广泛的方法，具有较高的灵敏度，适合用于小体积、低试剂量的单分子检测。 …

Surface modification method for PDMS microfluidic chips

2024-08-08

虽然PDMS在微流控领域得到了广泛研究，但其表面高度疏水性使得水溶性介质难以填充微通道，容易导致非特异性吸附，从而影响高效分离分析。为克服这一限制，人们开发了多种表面改性方法，以改善PDMS表面的润湿性并增加其亲水性。例如，通过各种表面修饰技术，不仅改善了PDMS芯片的亲水性和生物相容性，还显著降低了分析物与管壁之间的相互作用力，使生物活性分子更有效地固定，并提高了电渗流性能，从而增强了PDMS芯片的分离分析能力。微流控芯片的表面修饰方法包括本体掺杂法、等离子体处理法、聚合物诱导嫁接法、动态修饰法、化学气相沉积法、层层组装法以及溶胶-凝胶法等。 1. 本…

Processing technology for microfluidic chips

2024-08-06

目前，微流控芯片的原材料包括单晶硅、玻璃、石英、金属、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚碳酸酯（PC）、聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和聚四氟乙烯（PTFE）等。不同的材料对微流控芯片的功能有不同的影响，而加工工艺则会限制芯片通道和结构的尺寸。因此，依据微流控芯片的具体应用选择合适的材料和加工工艺显得尤为重要。在工艺制作方面，光刻技术、模塑法、激光烧蚀技术、LIGA技术、热压法、软光刻法和3D打印等技术被广泛应用于微流控芯片的加工制造。 1. 光刻技术光刻技术是一种关键的微细加工工艺，广泛应用于微型电子器件的制造过程中。其基本…

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