行业动态

芯片实验室的基本特点


芯片实验室是富有一定功能的,功能化芯片实验室大体包括三个部分:一是芯片;二是分析仪,包括驱动源和信号检测装置;三是包含有实现芯片功能化方法和试剂盒。

  

芯片本身涉及到两个方面:一是尺寸;二是材料。现有典型的芯片约为几个平方厘米,一般的通道尺寸为10~100mm宽,5~30mm深,长度约为3~10cm。其通道总体积较一般电泳毛细管小一个数量级左右约纳升级(10-9L)。可用于芯片的材料最常见的为玻璃,石英和各种塑料。玻璃和石英有很好的电渗性质和优良的光学性质,可采用标准的刻蚀工艺加工,可用比较熟悉的化学方法进行表面改性,加工成本较高,封接难度较大。常用的有机聚合物包括刚性的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA),弹性的聚二甲基硅氧烷(PDMS)和聚碳酯(PC)等,它们成本低,可用物理或化学方法进行表面改性,制作技术和玻璃芯片有较大的区别。


芯片实验室的特点

一、集成性。目前一个重要的趋势是:集成的单元部件越来越多,且集成的规模也越来越大。所涉及到的部件包括:和进样及样品处理有关的透析、膜、固相萃取、净化;用于流体控制的微阀(包括主动阀和被动阀),微泵(包括机械泵和非机械泵);微混合器,微反应器。

  

二、分析速度极快。

  

三、高通量。

  

四、能耗低,物耗少,污染小。每个分析样品所消耗的试剂仅几微升至几十个微升,被分析的物质的体积只需纳升级或皮升级。

  

五、廉价,安全。无论是化学反应芯片还是分析芯片由于上述特点随着技术上的成熟,其价格将会越来越廉价。针对化学反应芯片而言,由于化学反应在微小的空间中进行,反应体积小,分子数量少,反应产热少,又因反应空间体表面积大,传质和传热的过程很快,所以比常规化学反应更安全。而分析芯片因污染小,而且可采用可降解生物材料,所以更环保和安全。

  

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芯片实验室发展趋势

  

芯片实验室由于它的发展涉及很多学科,又由于研究者的专长和兴趣不同,研究的侧重点不同,因此重现出发展的多样性,总的发展朝着更加完善的方向发展。

 

1.芯片制造由手工为主的微机电(MEMS)技术生产逐渐朝自动化、数控化的亚紫外激光直接刻蚀微通道方向发展。

  

2.将泵、阀、管道、反应器等集于一体,呈高度集成化。

  

3.用于芯片实验室制造的材料呈现出多样式,朝着越来越便宜的方向发展。由最初的价格昂贵的玻璃和硅片为材料,发展成为以便宜的聚合物材料,如聚二甲基硅烷(PDMS)、聚甲基异丁烯酸(PMMA)和聚碳酸酯(PC)等。因而,为将来的一次性使用提供了基础。

  

4.由于不同样品分离检测的需要,分离通道表面的改性呈现出多样性发展。

  

5.芯片实验室的驱动源从以电渗流发展到流体动力、气压、重力、离心力、剪切力等多种手段。一种利用离心力的芯片已经商品化,被称为Lab-on-a-CD,因为该芯片形状象一个小CD盘[30]。

  

6. 芯片实验室的检测技术朝着多元化发展。目前最常用的检测器是荧光和电化学检测器。随着固态电子器件的发展,一些传统的检测方法也进入这一领域,如采用半导体微波源的MIPAES检测、不需标记的SPR检测、快速阻抗谱(FIS)检测、NIR时间分辨荧光检测。

 

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