分析化学中分第七章自动分析技术微型全分析系统

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1、第 七 章自 动 分 析 技 术 /微 型 全 分 析 系 统7.1 导 言7.2 流 动 注 射 分 析7.3 微 型 全 分 析 系 统7.4 微 流 控 分 析 芯 片 加 工 技 术7.5 微 流 控 分 析 芯 片 的 应 用微 流 控 分 析 芯 片 ， 方 肇 伦 等 编 著 ， 科 学 出 版 社 ， 2003 7.1 导 言传 统 的 化 学 分 析 方 法 是 手 工 分 析 ， 至 今 仍 被 广 泛 应 用 。手 工 分 析 的 缺 点 是 手 续 繁 杂 、 速 度 慢 ， 分 析 结 果 与 分 析人 员 的 技 术 水 平 和 熟 练 程 度 有 关 ， 还 不

2、可 避 免 地 使 分 析人 员 长 时 间 接 触 化 学 药 品 ， 严 重 影 响 健 康 。为 了 克 服 这 些 缺 点 ， 几 十 年 来 ， 人 们 根 据 不 同 的 分 析 要求 ， 模 拟 手 工 分 析 的 程 序 设 计 了 各 种 各 样 的 机 械 程 序 分析 装 置 ， 用 机 械 操 作 代 替 手 工 操 作 ， 给 分 析 工 作 者 减 轻了 许 多 负 担 ， 分 析 速 度 、 准 确 度 、 精 度 也 有 了 一 定 的 提高 。 但 这 类 程 序 分 析 器 一 般 只 适 于 分 析 一 两 种 特 定 组 分 ，通 用 性 差 。 195

3、0s， “ 连 续 流 动 分 析 ” 技 术 发 展 起 来 了 。 它 的 基 本 思 路 是 把各 种 化 学 分 析 所 要 用 的 试 剂 和 试 样 按 一 定 的 顺 序 和 比 例 用 管 道和 泵 输 送 到 一 定 的 反 应 区 域 ， 进 行 混 合 ， 完 成 化 学 反 应 ， 最 后经 检 测 器 检 测 并 由 记 录 仪 显 示 分 析 结 果 ， 实 现 了 管 道 化 的 自 动连 续 分 析 。 但 这 些 分 析 仍 建 立 在 化 学 平 衡 的 基 础 上 ， 速 度 受 到限 制 。丹 麦 技 术 大 学 的 J.Ruzicka 和 E.H.Ha

4、nsen于 1975年 提 出 了 流 动 注射 分 析 (Flow Injection Analysis， FIA)的 新 概 念 。 把 试 样 溶 液 直接 以 “ 试 样 塞 ” 的 形 式 注 入 到 管 道 的 试 剂 载 流 中 ， 不 需 反 应 进 行完 全 ， 就 可 以 进 行 检 测 。 摆 脱 了 传 统 的 必 须 在 稳 态 条 件 下 操 作 的观 念 ， 提 出 化 学 分 析 可 在 非 平 衡 的 动 态 条 件 下 进 行 ， 从 而 大 大 提高 了 分 析 速 度 。 一 般 可 达 每 小 时 进 样 100300次 。 从 样 品 注 入 到检

5、测 器 响 应 的 时 间 间 隔 一 般 小 于 1 min。 设 备 较 简 单 并 灵 活 ， 操作 简 便 ， 启 动 和 关 机 时 间 仅 需 几 分 钟 ， 因 此 FIA技 术 不 仅 适 于 大 批 量 的 常 规 分 析 ， 也 适 于 少 量 非 常 规 样 品 的 自 动 测 定 。 FIA是 一 种 良 好 的 微 量 分 析 技 术 ， 一 般 每 次 测 定 仅 需 25100 L样 品 溶 液 。 由 于 样 品 与 试 剂 用 量 甚 微 ， 又 在 封 闭 系 统 中 完成 测 定 ， 因 此 极 大 地 降 低 了 对 人 体 的 毒 害 和 对 环 境

6、的 污 染 。现 代 分 析 化 学 的 发 展 趋 势 是 向 现 场 、 实 时 、 动 态 、高 灵 敏 度 、 高 选 择 性 、 高 通 量 的 方 向 发 展 ！1990s初 期 发 展 起 来 的 微 全 分 析 系 统 (微 流 控 芯 片 、 生物 芯 片 和 芯 片 实 验 室 )为 实 现 上 述 目 标 提 供 了 可 能 性 。 7.2 流 动 注 射 分 析7.2.1 流 动 注 射 分 析 的 基 本 原 理7.2.1.1 受 控 扩 散 和 定 时 重 现样 品 被 注 入 到 试 剂 载 流 后 ， 式 样 塞 有 矩 形 浓 度 轮 廓 。 当 样 品 在

7、载 流 载 带下 通 过 管 道 移 动 时 ， 就 发 生 带 展 宽 或 扩 散 。 展 宽 区 带 的 形 状 由 两 种 作 用决 定 ： 对 流 和 扩 散 （ 径 向 和 轴 向 ） 。 图 7.1 对 流 和 扩 散 作 用(a)无 分 散 ； (b)对 流 引 起 的 分 散 ； (c)对 流 和 径 向 扩 散 引 起的 分 散 ； (d)径 向 扩 散 引 起 的 分 散 7.2.1.1 受 控 扩 散 和 定 时 重 现流 动 注 射 分 析 常 在 对 流 和 径 向 扩 散 两 种 分 散 共 存的 情 况 下 进 行 。 当 样 品 通 过 流 通 池 时 ， 检

8、测 器 所记 录 的 是 连 续 变 化 的 信 号 ， 可 以 是 吸 光 度 ， 电 极电 势 或 其 他 物 理 参 数 ， 因 而 不 需 要 达 到 化 学 平衡 。 例 如 ， 以 分 光 光 度 法 测 定 Cl-， 所 基 于 的 反 应 是 ：- -2 2Hg(SCN) +2Cl HgCl +2SCN3+ - 2+Fe + SCN Fe(SCN)图 7.2 流 动 注 射 测 定 Cl -(a)流 路 设 计 图 ； (b)5-75 gmL-1的 平 行 测 定 ； (c) 30 gmL-1和 75 gmL-1样 品 的 快 速 扫 描 。 这 些 实 验 清 楚 地 显 示

9、 了 FIA的 基 本 特 点 ： 在 样 品 通 过 分 析流 路 时 ， 以 完 全 相 同 的 方 法 顺 序 处 理 所 有 的 样 品 。 即 对 一个 样 品 如 何 处 理 ， 对 其 他 任 何 样 品 也 以 完 全 相 同 的 方 法 进行 处 理 。 流 动 注 射 体 系 中 准 确 体 积 样 品 的 注 入 、 重 现 和 精确 的 定 时 进 样 以 及 从 注 入 点 到 检 测 点 体 系 的 完 全 相 同 的 操作 （ 所 谓 控 制 或 可 控 分 散 ） ， 形 成 注 入 样 品 的 浓 度 梯 度 ，从 而 产 生 瞬 间 的 、 但 可 精 确

10、重 现 的 记 录 信 号 ， 使 得 流 路 中的 任 何 一 点 都 能 像 稳 态 一 样 准 确 测 量 。 一 般 用 峰 值 作 为 分析 信 号 ， 可 以 获 得 较 高 的 灵 敏 度 。受 控 扩 散 和 定 时 重 现 是 流 动 注 射 分 析 (FIA)的 基 本 特 点 ！ 7.2.1.2 分 散 系 数为 了 合 理 地 设 计 FIA体 系 ， 需 要 知 道 原 始 样 品 溶 液 在 它 流 到 检 测器 的 途 中 稀 释 的 程 度 ， 以 及 从 样 品 注 入 到 读 数 消 耗 了 多 长 时 间 。定 义 分 散 系 数 (dispersion

11、coefficient, D)为D c0/c (D 0) (7.1)式 中 c0为 注 入 样 品 中 分 析 物 的 浓 度 ， c为 检 测 器 中 分 析 物 的 浓 度 。这 里 D仅 考 虑 了 分 散 的 物 理 过 程 ； 但 应 该 强 调 的 是 ： 任 何 FIA峰都 是 两 种 过 程 同 时 发 生 的 结 果 ： 区 带 分 散 的 物 理 过 程 与 样 品 和 试剂 间 发 生 化 学 反 应 过 程 。 分 散 系 数 主 要 受 三 种 相 互 作 用 且 可 以 控 制 的 变 量 的 影 响 ，即 样 品 体 积 、 管 的 长 度 和 流 动 速 度 。

12、可 用 染 料 来 测 定 D。设 计 FIA体 系 时 ， 需 根 据 实 验 目 的 综 合 考 虑 各 种 因 素 的 影响 ， 以 确 定 最 佳 流 路 。 例 如 ， 建 立 的 FIA系 统 是 用 于 常 规大 批 量 分 析 的 ， 那 么 提 高 分 析 速 度 、 增 加 进 样 频 率 就 是要 考 虑 的 主 要 方 面 ， 就 应 当 减 少 进 样 体 积 ， 缩 短 管 长 ，提 高 流 速 。 分 散 系 数 大 致 可 分 为 4种 情 况 ： 有 限 的 （ D=13） 、 中 度 的（ D=310） 、 高 度 的 （ D10） 以 及 减 小 的 （

13、D1） 。 相 应设 计 的 FIA体 系 已 被 用 于 各 种 各 样 的 分 析 任 务 。 当 注 入 的 样品 以 未 被 稀 释 的 形 式 被 运 载 到 检 测 器 时 ， 采 用 的 是 有 限 分散 ， 也 就 是 将 FIA体 系 用 作 将 样 品 严 格 而 准 确 地 运 载 到 检 测装 置 （ 如 离 子 选 择 电 极 、 原 子 吸 收 分 光 光 度 计 等 ） 的 工 具 。当 待 测 物 必 须 与 载 液 混 合 并 发 生 反 应 ， 以 形 成 要 检 测 的 产 物时 采 用 中 度 分 散 。 只 有 当 样 品 必 须 被 稀 释 到 测

14、量 范 围 内 时 才应 用 高 度 分 散 。 减 小 的 分 散 意 味 着 检 测 的 样 品 浓 度 高 于 注 入的 样 品 浓 度 ， 即 发 生 了 在 线 预 浓 缩 （ 例 如 通 过 离 子 交 换 柱 或经 过 共 沉 淀 等 ） 。 7.2.2 流 动 注 射 分 析 仪 的 基 本 组 成FIA仪 一 般 由 流 体 驱 动 单 元 、 进 样 阀 、反 应 管 道 和 检 测 器 组 成 。 在 流 动 注 射 体 系 中 ， 最 常 见 的 是 用 蠕 动 泵 驱 动 溶 液 。 图 7.3表 明了 蠕 动 泵 的 操 作 原 理 。蠕 动 泵 一 般 都 有 8

15、10个 排 列 成 圆 圈 的 滚 轴 ， 通 过 转 动 的 滚 轴 将液 体 压 进 塑 料 或 橡 胶 管 。 流 速 由 马 达 的 转 速 和 管 子 的 内 径 控 制 。若 固 定 蠕 动 泵 的 旋 转 速 度 , 流 速 就 由 每 个 管 子 的 内 径 决 定 。 商 品化 的 管 子 具 有 0.254mm的 内 径 ， 允 许 流 速 最 小 为 0.0005 mL/min，最 大 为 40 mL/min。 蠕 动 泵 可 以 进 行 几 个 管 子 的 同 时 操 作 ， 特 别适 于 应 用 多 种 试 剂 但 又 不 能 预 先 混 合 的 情 况 。 FIA也

16、 可 以 用 活 塞泵 ， 但 价 格 较 贵 ， 且 只 允 许 单 流 路 传 送 ， 对 于 多 路 管 线 ， 则 需几 个 单 独 的 泵 。 7.2.2.1 流体驱动单元图 7.3 单 管 路 蠕 动 泵 示 意 图 7.2.2.2 进 样 阀进 样 阀 (valve for injection)又 称 采 样 阀 、 注 入 阀 或 注 射 阀 。 用得 最 多 、 且 效 果 最 令 人 满 意 的 是 类 似 于 高 效 液 相 色 谱 （ HPLC）中 所 用 的 旋 转 式 六 通 阀 。 注 入 样 品 的 体 积 可 以 为 5 200 L， 典型 的 是 1030

17、L， 用 具 有 适 当 长 度 和 内 径 的 外 部 环 管 计 量 。 这种 “ 塞 式 ” 注 入 的 进 样 方 式 对 载 流 流 动 干 扰 很 小 ， 取 样 和 注 入 过程 均 可 精 确 重 复 。 7.2.2.3 反 应 管 道在 FIA管 线 中 所 用 的 导 管 多 数 是 由 细 孔 径 的 聚 乙 烯 管 和 聚 四 氟 乙烯 管 组 成 ， 典 型 的 内 径 为 0.50.8 mm。 反 应 管 道 (reaction pipeline)通 常 是 盘 绕 着 的 ， 可 以 增 强 径 向 扩 散 、 减 小 轴 向 扩 散 ， 减 弱 试 样 塞增 宽

18、 的 程 度 而 导 致 更 对 称 的 峰 ， 获 得 较 高 的 灵 敏 度 ， 而 且 可 以 提 高进 样 频 率 。 如 果 在 反 应 管 道 内 填 充 直 径 为 管 道 内 径 60%的 玻 璃 球 ，则 称 为 单 珠 串 反 应 器 ， 用 这 种 管 道 可 以 得 到 十 分 对 称 的 峰 形 ， 而 分散 程 度 比 同 规 格 内 径 的 敞 口 直 管 反 应 器 的 分 散 度 小 10倍 。为 了 连 接 管 道 ， 并 使 液 流 按 需 要 分 支 或 集 合 ， 经 常 使 用 被 称 为 “ 化学 块 ” 或 “ 功 能 组 合 块 ” 的 装 置

19、 。 在 “ 化 学 块 ” 的 管 道 连 接 处 可 以 产 生“ 径 向 效 应 ” ， 使 试 样 与 试 剂 有 效 地 混 合 ， 因 而 提 高 进 样 频 率 和 分 析灵 敏 度 。 7.2.2.4 检 测 器FIA实 际 上 可 以 与 任 何 类 型 的 检 测 器 (probe unit)相 匹 配 , 这 也 是FIA取 得 很 大 成 功 的 原 因 之 一 。 例 如 AAS、 AES、 分 光 光 度 计 、荧 光 光 度 计 、 电 化 学 系 统 、 折 射 仪 等 。带 流 通 式 液 槽 的 分 光 光 度 计 检 测 器 是 FIA中 用 得 最 多

20、的 。 流 通 池和 一 般 吸 收 池 的 区 别 在 于 ： 流 通 池 是 动 态 测 定 ， 吸 收 池 是 静 态 测定 。 除 了 为 获 得 一 定 的 灵 敏 度 而 要 求 有 足 够 的 光 程 外 ， 还 要 求 流通 池 体 积 尽 可 能 小 ， 以 便 减 少 载 流 量 、 试 剂 量 、 试 样 量 ， 并 提 高分 析 速 度 。 在 液 体 流 通 的 区 域 内 要 避 免 死 角 ， 以 避 免 试 样 残 余 液滞 留 于 死 角 区 影 响 重 现 性 ， 或 截 留 气 泡 而 干 扰 测 定 。下 图 为 两 种 常 用 的 玻 璃 或 石 英

21、流 通 池 。 然 而 ， 用 泵 输 送 载 流 通过 分 光 光 度 计 的 做 法 远 不 如 把 光 束 从 分 光 光 度 计 引 入 流 动 注 射分 析 系 统 ， 然 后 再 返 回 光 度 计 更 为 合 理 。 因 而 在 最 近 的 设 计 中 ，广 泛 地 使 用 了 光 导 纤 维 。 这 样 ， 可 以 将 流 通 池 和 微 管 道 结 合 在 一 起 ， 进 行 吸 光 度 测 定 或 荧 光 检 测 。 图 7.4 发 光 光 度 法 中 的 流 通 池(a)固 定 在 多 数 商 品 光 度 计 上 的 Hellma池 ；(b)Z型 池 ， 其 中 A为 透

22、 明 窗 ， 并 为 聚 四 氟乙 烯 池 体 ， C为 池 套 ， CH为 入 口 通 道 。 图 7.5 离 子 选 择 性 电 极 流 通 池(a)射 流 壁 式 结 构 流 通 池 ； (b)梯 流 式 结 构流 通 池 7.2.3 FIA技 术 与 应 用7.2.3.1 用 于 重 复 的 和 精 确 的 样 品 传 送 （ 有 限 分 散 的 应 用 ）由 于 FIA固 有 的 严 格 定 时 性 ， 可 以 用 此 项 技 术 将 给 定 的 样 品 精 确而 重 复 地 传 递 到 检 测 器 ， 从 而 保 证 每 一 个 测 量 循 环 过 程 中 所 有 的条 件 严 格

23、 保 持 一 致 。例 如 ， 当 火 焰 原 子 吸 收 光 谱 、 原 子 发 射 光 谱 或 电 感 耦 合 等 离 子 体原 子 发 射 光 谱 与 FIA结 合 时 ， 样 品 的 等 分 试 样 被 直 接 吸 入 火 焰 或等 离 子 体 , 这 些 分 析 仪 器 的 性 能 就 会 获 得 改 善 ， 且 在 某 些 情 况 下被 大 大 加 强 。 与 传 统 的 样 品 溶 液 吸 入 法 相 比 ， 可 以 提 高 进 样 频 率 ，进 样 速 率 可 达 300样 /h。 更 重 要 的 是 ， 在 一 般 吸 入 一 个 样 品 的 时 间内 可 以 分 别 注 入

24、 两 份 样 品 ， 这 意 味 着 FIA法 不 仅 能 提 高 精 度 ， 也 能改 善 准 确 度 。 另 一 个 优 点 是 样 品 与 检 测 器 接 触 的 时 间 非 常 短 ， 其 余 的 时 间 可 以 用 载 液 清 洗 检 测 器 。 这 意 味 着 有 高 的 清 洗 -进 样 比 ， 因此 可 以 大 大 地 减 少 或 消 除 由 高 浓 度 盐 造 成 的 燃 烧 器 堵 塞 的 机 会 。 7.2.3.2 FIA转 换 技 术 （ 中 度 分 散 的 应 用 ）FIA转 换 技 术 (conversion techniques)可 以 被 定 义 为 ： 借 助

25、 适 当的 样 品 预 处 理 、 试 剂 生 成 或 基 体 改 性 ， 通 过 动 力 学 控 制 的 化 学反 应 使 不 能 被 检 测 的 物 质 转 化 成 可 被 检 测 的 成 分 的 过 程 。在 这 类 FIA体 系 中 ， 分 散 应 当 足 够 快 ， 以 使 样 品 和 试 剂 部 分 混合 ， 发 生 反 应 ， 但 又 不 过 度 分 散 ， 以 免 不 必 要 的 稀 释 待 测 物 ，使 检 测 灵 敏 度 降 低 。 多 数 FIA步 骤 是 基 于 中 度 分 散 ， 因 为 待 测物 必 须 经 历 某 种 形 式 的 智 能 “ 转 化 ” 。 说 明

26、 此 方 法 应 用 的 例 子 是 在 临 床 化 学 中 有 意 义 的 硫 氰 酸 盐 的 测 定 。除 了 吸 烟 者 外 ， 存 在 于 人 体 的 硫 氰 酸 盐 浓 度 是 极 低 的 。 硫 氰 酸 盐在 人 体 中 的 半 衰 期 大 约 是 14天 ， 因 此 通 过 体 液 （ 唾 液 、 血 液 和 尿液 ） 分 析 就 很 容 易 区 别 吸 烟 者 和 非 吸 烟 者 。 一 个 测 定 硫 氰 酸 盐 的快 速 而 简 便 的 FIA方 法 是 基 于 以 下 的 反 应 ：产 物 生 成 迅 速 ， 摩 尔 吸 光 系 数 很 高 ， 但 随 后 就 褪 色 ，

27、 寿 命 约 10s。因 此 在 生 色 最 大 的 那 一 刻 读 数 很 重 要 。 所 用 的 FIA系 统 示 于 图 7.6。样 品 （ 50 L唾 液 ） 被 注 入 到 水 载 流 中 ， 随 后 与 试 剂 5-Br-PADAP2-(5-溴 -2-吡 啶 偶 氮 )-5-二 乙 氨 基 酚 合 并 ， 再 和 氧 化 剂 重 铬 酸 钾 合并 ， 最 终 的 混 合 体 系 中 酸 的 浓 度 约 为 2mol/L。 由 于 FIA可 重 现 的定 时 性 ， 故 可 定 量 检 测 亚 稳 态 的 有 色 产 物 。 +2 mol/L HSCN + 5-Br-PADAP +

28、氧化剂红色产物（亚稳态） 图 7.6 用 于 测 定 亚 稳 态 反 应 产 物 的 FIA流 程 图 图 7.7 用 图 7.6所 示 的 FIA系 统 获 得 到 硫 氰 酸 盐 信 号 在 FIA系 统 中 可 以 通 过 多 相 转 换 技 术 提 高 分 析 测 定 的选 择 性 。 例 如 把 气 体 扩 散 、 渗 析 、 溶 剂 萃 取 、 离 子 交换 或 固 定 化 酶 等 操 作 与 管 线 步 骤 结 合 ， 以 便 将 样 品 成分 转 变 成 可 检 测 的 物 质 。自 从 1975年 第 一 篇 FIA论 文 发 表 以 来 ， 流 动 注 射 分 析这 一 新

29、 颖 而 独 特 的 分 析 方 法 在 环 境 监 测 、 地 质 冶 金 、临 床 医 学 、 农 业 、 林 业 等 诸 领 域 得 到 了 广 泛 的 应 用 。它 的 精 确 控 制 几 乎 适 于 任 何 分 析 领 域 ， 它 的 灵 活 设 计组 装 使 其 功 能 可 以 无 止 境 地 发 展 。 作 业 7：如 何 定 义 FIA中 的 分 散 系 数 D， 对 于 给 定 的 FIA体 系 如何 测 定 D? 7.3 微 型 全 分 析 系 统7.3.1 导 言科 学 仪 器 在 人 类 的 整 个 科 技 发 展 过 程 中 都 起 到 极 其 重 要 的 作 用 ，

30、这 在 近 代 科 技 发 展 中 反 映 得 尤 其 突 出 。分 析 仪 器 的 发 展 趋 势 就 是 微 型 化 /集 成 化 与 便 携 化 。 当 前 ， 主 要 为了 适 应 生 命 科 学 发 展 的 需 要 ， 分 析 仪 器 的 发 展 正 在 出 现 一 个 以 微型 化 为 主 要 特 征 的 ， 带 有 革 命 性 的 重 要 转 折 时 期 。自 从 Manz和 Widmer于 1990首 次 提 出 微 型 全 分 析 系 统 (TAS,miniaturized total analysis system或 micro total analysis system)

31、的 概 念 以 来 ， 经 历 了 发 展 初 期 的 冷 落 和 彷 徨 ， 在 短 短 的 十 几 年 中已 发 展 为 当 今 世 界 上 最 前 沿 的 科 技 领 域 之 一 。2001年 ， 英 国 RSC创 刊 Lab-on-a-chip（ 芯 片 实 验 室 ） 。2002年 ， 美 国 Anal.Chem.将 TAS列 入 每 两 年 一 次 的 综 述 中 ， 标志 着 它 作 为 分 析 化 学 的 一 个 独 立 领 域 ， 已 被 学 术 界 承 认 。 并 将 微 流 控 芯 片 系 统 作 为 其 主 要 发 展 方 向 。 TAS的 目 的 是 通 过 化 学

32、分 析 设 备 的 微 型 化 与 集 成 化 ， 最 大 限度 地 把 分 析 实 验 室 的 功 能 转 移 到 便 携 的 分 析 设 备 中 ， 甚 至 集 成到 方 寸 大 小 的 芯 片 上 。 由 于 这 种 特 征 ， 本 领 域 的 一 个 更 为 通 俗的 名 称 “ 芯 片 实 验 室 ” (Lab-on-a-chip, LOC)已 经 被 日 益 地 接 受 。在 分 析 系 统 微 型 化 与 集 成 化 的 基 础 上 ， TAS的 最 终 目 标 是 实 现分 析 实 验 室 的 “ 个 人 化 ” ， “ 家 用 化 ” ， 从 而 使 分 析 科 学 及 分

33、析 仪器 从 化 学 实 验 室 解 放 出 来 ， 进 入 千 家 万 户 。微 流 控 芯 片 (microfluidic chips)是 TAS中 目 前 最 活 跃 的 领 域 和发 展 前 沿 ， 它 最 集 中 地 体 现 了 将 分 析 实 验 室 的 功 能 转 移 到 芯 片上 的 思 想 ， 其 未 来 的 发 展 将 对 上 述 目 标 的 实 现 起 到 非 常 重 要 的作 用 。 Microfluidic chip 作 为 分 析 化 学 的 前 沿 技 术 ， TAS的 迅 速 发 展 不 仅 是 该 领 域 科 学工 作 者 不 懈 努 力 的 结 果 ， 而

34、且 得 益 于 微 机 电 加 工 (MEMS)、 生 物化 学 、 材 料 学 、 微 光 学 机 械 等 多 门 学 科 的 最 新 成 果 的 利 用 。然 而 ， TAS的 实 际 应 用 目 前 尚 处 于 初 级 阶 段 ， 对 分 析 系 统 来 讲要 求 达 到 既 “ 微 ” 又 “ 全 ” ， 从 总 体 上 看 ， 还 仅 仅 是 目 标 ， 离 真正 实现 还 有 相 当 大 的 距 离 。这 些 目 标 的 实 现 必 须 靠 大 力 发 展 微 流 控 技 术 ； 生 物 (阵 列 )芯 片 虽然 是 很 重 要 的 生 物 检 测 手 段 ， 但 难 以 在 实

35、际 分 析 系 统 的 “ 微 、 全”方 面 发 挥 优 势 。一 个 新 学 科 的 发 展 既 需 要 强 大 先 进 的 技 术 支 撑 ， 更 需 要 先 进 的 理论 指 导 ， TAS在 发 展 中 还 需 要 更 多 的 基 础 理 论 来 更 深 入 地 理 解和 掌 握 物 质 在 微 米 尺 度 流 动 状 态 下 的 行 为 ， 例 如 微 米 通 道 中 的 传质 、 导 热 、 吸 附 及 微 区 反 应 规 律 等 。 这 些 都 对 相 关 的 理 论 研 究 提 出 了 新 的 挑 战 ！ 7.3.2 微 型 全 分 析 系 统 及 微 流 控 分 析 芯 片

36、 发 展 简 史微 流 控 分 析 芯 片 的 出 现 在 现 代 分 析 科 学 与 分 析 仪 器 的 发 展 中 有 其历 史 的 必 然 性 。 回 顾 近 40余 年 发 展 历 史 会 看 到 分 析 系 统 的 自 动 化微 型 化 趋 势 早 在 1950s和 1960s即 已 出 现 ， 其 发 展 动 力 主 要 来 自 于环 境 及 材 料 科 学 的 发 展 中 对 更 多 更 准 更 快 地 获 取 物 质 成 分 信 息 的需 要 。Skeggs创 始 的 间 隔 式 连 续 流 动 分 析 (segmented continuous flow analysis,

37、SCFA)是 这 一 时 期 发 展 的 有 代 表 性 的 成 功 范 例 。 其 成 功之 处 在 于 首 次 突 破 了 延 续 了 200年 的 分 析 化 学 传 统 操 作 中 以 玻 璃器 皿 和 量 器 为 主 要 工 具 的 操 作 模 式 ， 把 分 析 化 学 转 移 到 有 流 体 连续 流 动 的 管 道 中 ， 数 毫 米 内 径 数 米 长 的 玻 璃 或 聚 合 物 管 道 不 仅 是化 学 反 应 的 新 容 器 ， 而 且 也 成 为 分 析 操 作 实 现 连 续 化 自 动 化 的 “传 送 带 ” 。液 体 连 续 驱 动 手 段 蠕 动 泵 ！ 图

38、7.8 SCFA系 统 示 意 图 (a)和 FIA系 统 示 意 图 (b)S 试 样 ； A空 气 ； R试 剂 ； CR载 液 SCFA虽 然 在 溶 液 分 析 自 动 化 方 面 取 得 了 成 功 ， 在 分 析 操 作 所需 面 积 的 减 少 方 面 也 有 所 贡 献 ， 但 在 设 备 和 试 样 、 试 剂 消 耗 及微 型 化 方 面 却 进 展 不 大 ， 分 析 速 度 比 传 统 的 手 工 操 作 也 无 显 著提 高 。 后 者 是 因 为 限 制 分 析 速 度 的 因 素 是 化 学 反 应 本 身 ， 而 非溶 液 操 作 过 程 。Ruzicka和 H

39、ansen于 1975年 提 出 了 FIA。 他 们 在 继 承 连 续 流 动 观念 的 同 时 ， 彻 底 抛 弃 了 SCFA中 要 求 在 流 动 中 必 须 实 现 物 理 平 衡(完 全 混 合 )与 化 学 平 衡 (反 应 完 全 )的 观 念 ， 去 除 了 管 道 中 同 时 起间 隔 与 搅 拌 作 用 的 气 泡 ， 提 出 了 在 非 平 衡 (不 完 全 混 合 、 不 完 全反 应 )条 件 下 实 现 重 现 性 定 量 分 析 的 技 术 条 件 。 他 们 利 用 了 细 管道 (1 mm内 径 )中 液 体 层 流 状 态 的 可 控 性 与 重 现 性

40、 ， 加 上 准 确 的时 间 (即 流 速 )控 制 ， 实 现 了 重 现 、 但 非 完 全 的 混 合 状 态 ， 并 在 此基 础 上 来 实 现 重 现 、 而 未 必 完 全 的 化 学 反 应 。 这 一 观 念 的 提 出 大 大 地 提 高 了 分 析 速 度 ， 使 每 小 时 测 定 上 百 种 试样 成 为 可 能 ， 同 时 也 促 进 了 分 析 系 统 的 微 型 化 。 试 样 与 试 剂 消 耗从 10 mL水 平 降 低 到 10 200L水 平 。 分 析 操 作 也 从 简 单 的 自 动进 样 -检 测 发 展 到 包 括 溶 剂 萃 取 、 柱 分

41、 离 、 沉 淀 、 共 沉 淀 、 气 -液分 离 、 渗 吸 等 在 内 的 试 样 多 种 前 处 理 自 动 化 。经 过 30年 的 发 展 ， FIA已 经 渗 透 到 涉 及 溶 液 分 析 的 几 乎 所 有 分 析化 学 领 域 ， 不 仅 促 进 了 分 析 化 学 自 动 化 和 微 型 化 的 发 展 ， 同 时 也为 TAS的 提 出 铺 平 了 道 路 。Ruzicka和 Hansen早 在 1984年 就 提 出 了 集 成 化 微 管 道 系 统 (Integrated microconduit systems, IMCS)的 概 念 ， 并 取 得 了 一 定

42、的 成 功 。 但 由 于 当 时 科 学 技 术 整 体 水 平 的 局 限 性 ， 至 少 他 们 当 时并 未 清 楚 地 意 识 到 需 要 通 过 多 学 科 交 叉 来 进 一 步 发 展 他 们 的 学 术思 想 ， 从 而 错 过 了 一 次 重 要 的 发 展 机 遇 ！ Manz和 Widmer则 在 发 展 TAS方 面 要 显 得 更 为 幸 运 和 富 有 远 见 。他 们 最 初 的 尝 试 是 首 先 把 FIA转 移 到 微 加 工 芯 片 上 。 所 构 建 的 流动 注 射 光 度 测 定 TAS装 置 为 多 层 芯 片 结 构 ， 主 要 是 采 用 了

43、 单 晶硅 材 料 加 工 。 装 置 的 复 杂 性 使 人 们 对 其 未 来 发 展 前 景 不 敢 过 于 乐观 。然 而 当 时 分 析 化 学 另 一 学 科 的 迅 速 崛 起 为 TAS提 供 了 一 个 重 要的 发 展 机 遇 毛 细 管 电 泳 分 离 ！ 一 方 面 ， 毛 细 管 电 泳 为 TAS提供 了 方 便 灵 活 的 ， 在 微 尺 度 下 电 渗 驱 动 手 段 ； 另 一 方 面 ， 在 芯 片上 加 工 的 毛 细 管 电 泳 - TAS又 显 示 出 比 传 统 毛 细 管 电 泳 更 优 良 的性 能 。Manz与 Harrison于 1992年

44、合 作 发 表 了 首 篇 微 加 工 芯 片 上 完 成 的 毛细 管 分 离 的 论 文 ， 展 示 了 TAS的 发 展 潜 力 。 随 后 ， 科 学 家 们 迅 速把 TAS的 发 展 重 点 定 位 在 基 于 MEMS技 术 的 平 板 玻 璃 或 石 英 芯 片上 的 电 渗 驱 动 的 毛 细 管 电 泳 分 离 微 流 控 系 统 。 1994年 以 后 ， 美 国 一 些 著 名 大 学 研 究 组 的 介 入 使 该 领 域 的 发 展迅 速 出 现 高 潮 。1994年 Ramsey group1995年 Mathies group1995年 Caliper Tech

45、nologies 公 司1995年 Whitesides group1999年 惠 普 公 司 研 制 出 第 一 台 微 流 控 芯 片 商 品 化 仪 器 开 始 销 售2001年 Lab-on-a-chip学 术 季 刊 创 建2001年 中 国 自 然 科 学 基 金 委 启 动 第 一 个 重 大 研 究 计 划 7.3.3 微 型 全 分 析 系 统 的 分 类TAS可 分 为 芯 片 式 与 非 芯 片 式 两 大 类 。 芯 片 式 是 发 展 重 点 。在 芯 片 式 TAS中 ， 依 据 芯 片 结 构 及 工 作 机 理 又 可 分 为 微 流 控芯 片 和 微 阵 列

46、(生 物 )芯 片 。 它 们 均 依 托 于 MEMS技 术 ， 目 前 又都 主 要 服 务 于 生 命 科 学 ， 但 前 者 以 微 通 道 网 络 为 结 构 特 征 ， 后者 以 微 探 针 阵 列 为 结 构 特 征 。微 阵 列 芯 片 目 前 的 主 要 应 用 对 象 是 DNA分 析 ， 所 以 也 称 为 DNA或 基 因 芯 片 。 其 发 展 要 稍 微 早 于 微 流 控 芯 片 ， 始 于 1980s， 主 要是 在 生 物 遗 传 学 领 域 发 展 起 来 的 。微 流 控 芯 片 主 要 是 在 分 析 化 学 的 学 科 领 域 发 展 起 来 的 。

47、表 7.1 图 7.9 (a)典 型 的 微 流 控 芯 片(b)典 型 的 微 阵 列 (生 物 )芯 片 Microarray (Bio) Chips Microfluidic chip 7.3.4 流 控 分 析 芯 片 特 点微 流 控 芯 片 的 优 点(1)微 流 控 芯 片 具 有 极 高 的 效 率 ， 可 在 数 秒 至 数 十 秒 时 间 内 自 动完 成 分 离 、 测 定 或 其 他 更 复 杂 的 操 作 。 分 离 和 分 析 速 度 常 高 于相 对 应 当 宏 观 分 析 方 法 一 至 二 个 数 量 级 。 其 高 分 析 或 处 理 速 度即 来 源 于

48、微 米 级 通 道 中 的 高 导 热 和 传 质 速 率 ， 也 直 接 来 源 于 结构 尺 寸 的 缩 小 。(2)微 流 控 分 析 的 试 样 与 试 剂 消 耗 已 降 低 到 数 微 升 水 平 ， 并 随 着技 术 的 提 高 ， 还 可 能 进 一 步 减 少 。 降 低 了 分 析 费 用 户 贵 重 生 物试 样 的 消 耗 ， 也 减 少 了 环 境 的 污 染 。(3)用 微 加 工 技 术 制 作 的 微 流 控 芯 片 部 件 的 微 小 尺 寸 使 多 个 部 件与 功 能 可 能 集 成 在 数 平 方 厘 米 的 芯 片 上 ， 在 此 基 础 上 易 制

49、备 功能 齐 全 的 便 携 式 仪 器 ， 用 于 各 类 现 场 分 析 。(4)微 流 控 芯 片 的 微 小 尺 寸 使 材 料 消 耗 甚 微 。 当 实 现 批 量 生 产 后 ， 芯 片 成 本 可 望 大 幅 度 降 低 ， 有 利 于 普 及 。 微 流 控 芯 片 的 局 限 性(1)作 为 TAS的 主 要 发 展 前 沿 ， 当 前 的 微 流 控 芯 片 系 统 总 体上 既 不 够 “ 微 ” ， 分 析 功 能 也 远 达 不 到 “ 全 ” 。 主 要 原 因 是 集 成度 不 够 高 ， 多 数 检 测 器 的 体 积 过 大 ， 实 现 集 成 化 还 有

50、很 长 的路 要 走 。(2)在 目 前 加 工 条 件 下 微 流 控 分 析 制 作 成 本 还 难 以 满 足 有 关 成果 推 广 应 用 的 要 求 。 一 块 供 研 究 用 的 标 准 玻 璃 芯 片 价 值 100多美 元 。 一 块 供 分 析 12个 试 样 的 一 次 性 专 用 芯 片 价 值 10美 元 。(3)目 前 报 道 的 大 部 分 微 流 控 芯 片 分 析 系 统 不 包 括 试 样 的 前 处理 功 能 ， 即 功 能 不 够 全 ， 为 了 解 决 实 际 试 样 的 分 析 ， 这 方 面的 研 究 需 要 在 应 用 领 域 的 实 用 过 程

51、中 大 大 加 强 。 7.3.5 微 流 控 芯 片 的 分 类根 据 芯 片 材 料 的 不 同 可 分 为 ：硅 芯 片玻 璃 芯 片石 英 芯 片高 聚 物 芯 片硅 -玻 璃 、 硅 -石 英 、 玻 璃 -高 聚 物 等 复 合 材 料 芯 片 。根 据 功 能 不 同 可 分 为 ：高 分 辨 分 离 芯 片 ；微 采 样 (进 样 )芯 片 ；微 检 测 (传 感 器 )芯 片 ；细 胞 分 析 芯 片 ；前 处 理 芯 片 ； 化 学 合 成 芯 片 ；多 功 能 集 成 芯 片 。 7.3.6 微 型 全 分 析 系 统 的 发 展 趋 势 与 展 望(1)继 微 阵 列

52、(生 物 )芯 片 后 ， 微 流 控 分 析 芯 片 已 成 为 TAS当 前 的 发展 前 沿 。 例 如 ， 近 期 TAS的 会 议 论 文 中 微 流 控 分 析 芯 片 占 87%，微 阵 列 芯 片 占 4%。(2) TAS与 微 流 控 芯 片 已 经 从 以 毛 细 管 电 泳 分 离 为 核 心 分 析 技 术发 展 到 液 -液 萃 取 ， 过 滤 ， 无 膜 扩 散 等 多 种 分 离 手 段 。(3) TAS从 以 电 渗 流 为 主 要 驱 动 手 段 发 展 到 包 括 流 体 动 力 ， 气 压重 力 ， 离 心 力 ， 剪 切 力 等 多 种 分 离 手 段

53、。(4)微 流 控 分 析 系 统 从 单 道 检 测 发 展 到 多 重 平 行 检 测 。 阵 列 通 道 数在 2003年 最 多 已 达 384道 。(5) TAS已 从 以 激 光 诱 导 荧 光 为 主 要 检 测 器 发 展 到 多 种 检 测 手 段 ，如 光 度 法 ， 电 化 学 ， 质 谱 ， 原 子 光 谱 ， 化 学 发 光 等 。(6) TAS已 开 始 从 单 纯 的 毛 细 管 电 泳 分 离 检 测 发 展 到 包 括 复 杂 试样 前 处 理 的 高 功 能 全 分 析 系 统 。 (7) TAS已 开 始 从 成 分 分 析 工 具 发 展 到 包 括 在

54、 线 检 测 的 微 型 化 学反 应 与 合 成 手 段 ， 在 新 药 筛 选 中 显 示 出 强 大 的 生 命 力 。 (8)微 流 控 芯 片 已 开 始 从 进 行 一 般 成 分 分 析 发 展 为 单 分 子 单 细 胞 分析 。(9) 微 流 控 芯 片 已 开 始 从 主 要 为 玻 璃 基 质 发 展 玻 璃 与 高 分 子 聚 合 物材 料 并 重 ， 尤 其 在 芯 片 的 产 业 化 方 面 ， 后 者 因 易 于 实 现 批 量 生 产而 将 更 具 备 优 势 。(10) 微 流 控 理 论 研 究 日 益 受 到 重 视 ， 通 道 及 结 构 长 度 的 缩

55、 小 对 传统 流 体 力 学 提 出 了 新 的 挑 战 。 通 过 数 学 模 型 的 建 立 及 计 算 机 模 拟手 段 可 望 大 大 简 化 微 流 控 系 统 的 设 计 。(11)微 流 控 系 统 在 细 胞 分 类 、 分 析 ， 甚 至 微 生 物 的 培 养 中 ， 都 正在 显 示 出 其 独 特 的 优 越 性 ， 而 吸 引 了 众 多 研 究 力 量 的 投 入 。(12) TAS已 开 始 从 基 础 与 应 用 基 础 研 究 阶 段 进 入 产 业 化 及 市 场 开发 阶 段 。 商 业 领 域 的 竞 争 将 日 趋 激 化 。10年 ？ 20年 ？

56、7.4 微 流 控 分 析 芯 片 加 工 技 术7.4.1 微 流 控 分 析 芯 片 的 结 构 和 加 工 特 点微 流 控 分 析 芯 片 是 通 过 微 加 工 技 术 将 微 管 道 、 微 泵 、 微 阀 、 微储 液 器 、 微 电 极 、 微 检 测 元 件 ， 窗 口 和 连 接 器 等 功 能 元 件 像 集 成电 路 一 样 ， 使 它 们 集 成 在 芯 片 材 料 (基 片 )上 的 微 全 分 析 系 统 。其 结 构 和 加 工 特 点 如 下 ：(1)以 微 管 道 为 网 络 ， 将 微 泵 、 微 阀 、 微 储 液 器 、 微 电 极 、 微 检 测元

57、件 等 连 接 在 一 起 ， 对 加 入 微 通 道 中 的 流 体 进 行 控 制 与 分 离 测 定 ，以 完 成 多 种 分 析 功 能 ， 如 采 样 、 稀 释 、 加 试 剂 、 反 应 、 分 离 、 检测 等 。(2)微 流 控 分 析 芯 片 的 面 积 为 几 个 平 方 厘 米 。(3)微 管 道 宽 度 和 深 度 为 微 米 级 。(4)芯 片 材 料 已 从 硅 片 发 展 到 玻 璃 ， 石 英 ， 有 机 聚 合 物 等 ， 因 此 也 发 展 了 有 机 聚 合 物 材 料 的 加 工 技 术 。 在 传 统 的 光 刻 和 蚀 刻 的 基 础上 发 展 了

58、 模 塑 法 ， 热 压 法 ， 激 光 烧 蚀 法 ， LIGA技 术 和 软 光 刻 等 新方 法 。 microlithography chemical etchingmodling proceduremicrocontact printing thermopresssoft lithography (DRIP,SFB,ECR) 7.4.2 微 流 控 分 析 芯 片 的 材 料用 于 制 作 微 流 控 分 析 芯 片 的 材 料 有 单 晶 硅 、 无 定 形 硅 、 玻 璃 、 石英 、 金 属 和 有 机 聚 合 物 ， 如 环 氧 树 脂 、 聚 甲 基 丙 烯 酸 甲 酯(P

59、MMA)、 聚 碳 酸 酯 (PC)和 聚 二 甲 基 硅 氧 烷 (PDMS)等 。PDMS： （ 1） 能 可 逆 和 重 复 变 形 而 不 发 生 永 久 性 破 坏 ； （ 2） 能 用模 塑 法 高 保 真 地 复 制 微 流 控 芯 片 ； （ 3） 能 透 过 300nm以 上 的 紫 外和 可 见 光 ； （ 4） 耐 用 且 有 一 定 的 化 学 惰 性 ； （ 5） 无 毒 、 价 廉 。 7.4.3光 刻 和 蚀 刻 技 术微 细 加 工 技 术 是 微 流 控 分 析 系 统 发 展 的 前 提 条 件 。微 流 控 分 析 芯 片 上 微 通 道 的 制 作 ，

60、起 源 于 制 作 半导 体 及 集 成 芯 片 所 广 泛 使 用 的 光 刻 (lithography)和 蚀 刻 技 术 (etching)。 它 是 用 光 胶 、 掩 模 和 紫 外光 进 行 微 制 造 ， 工 艺 成 熟 ， 已 广 泛 地 用 于 硅 ， 玻璃 和 石 英 基 片 上 制 作 微 结 构 。 图 7.10 光 刻 和 蚀 刻 的 基 本 工 序光 刻 和 蚀 刻 技 术 是 由 薄 膜 沉 积 、 光 刻 和 蚀 刻 三 个 工 序 组 成 。 薄 膜 沉 积 ：光刻前先要在基片上覆盖一层薄膜，厚度为数埃到几十微米，这一工艺工程称为薄膜沉积（氧化、化学气相沉积蒸

61、发和溅射等）。在薄膜表面用甩胶机均匀地覆盖上一层光胶。光 刻 ：将掩膜上微流控芯片设计图案通过曝光成像的原理转移到光胶层上的工艺工程称为光刻（涂覆光胶、光刻机通过曝光将掩模上光胶转移到光胶层、显影液溶解）。蚀 刻 ：将光胶层上的平面二维图形转移到薄膜上并进而在基片上加工成一定深度微结构的工艺（湿法蚀刻和干法蚀刻）。通过选用适当的刻蚀剂，使它对光胶、薄膜和基片材料的腐蚀速度不同，可以在薄膜或基片上产生所需要的微结构。复杂的微结构可通过多次重复薄膜沉积-光刻-蚀刻这三个工序来完成。 光 刻 掩 膜 的 制 备光刻掩膜的基本功能是当光线照射其上时，图形区和非图形区对光线的吸收和透射能力不同。如下图所

62、示。 7.4.4 高 分 子 聚 合 物 微 流 控 芯 片 的 加 工 技 术高 分 子 聚 合 物 基 片 上 制 作 微 通 道 的 技 术 有 模 塑 法 ， 热 压 法 ，LIGA技 术 ， 激 光 烧 蚀 法 和 软 光 刻 等 。软 光 刻 是 相 对 于 微 制 造 领 域 中 占 主 导 地 位 的 光 刻 而 言 的 微图 形 转 移 和 微 制 造 的 新 方 法 。 因 光 刻 不 但 需 要 昂 贵 的 设 备和 超 净 实 验 室 ， 也 不 能 在 曲 面 上 加 工 微 结 构 。从 1995年 开 始 ， G.Whitesides等 以 自 组 装 单 分 子

63、 层 (self-Assembled monolayer, SAMs)， 弹 性 印 章 (elastomeric stamp)和 高 聚 物 膜 塑 技 术 为 基 础 ， 发 展 了 一 种 新 的 低 成 本 的 微 细加 工 新 技 术 “ 软 光 刻 ” （ soft lithography） 。 软 光 刻 技 术 的核 心 是 图 形 转 移 元 件 -弹 性 印 章 。 方 法 有 微 接 触 印 刷 法 ， 毛细 微 模 塑 法 ， 转 移 微 模 塑 法 和 微 复 制 模 塑 法 等 。 它 不 仅 可在 高 聚 物 等 材 料 上 制 造 复 杂 的 三 维 微 通 道

64、 ， 而 且 可 以 改 变材 料 表 面 的 化 学 性 质 ， 有 可 能 成 为 低 成 本 的 微 流 控 分 析 芯 片 的 新 方 法 。 图 7.11 模 塑 法 复 制 弹 性 印 章 制 作 弹 性 印 章 的 最 佳 材 料是 PDMS。 采 用 光 刻 等 技 术先 制 得 有 关 微 结 构 的 母 模 ，用 模 塑 法 在 其 上 浇 注 PDMS，固 化 剥 离 得 到 表 面 精 细 图 形的 弹 性 印 章 。表 面 自 由 能 低 ， 化 学 性 质稳 定 ， 与 其 他 材 料 不 黏 连 ；与 基 片 正 交 接 触 严 密 ， 容 易取 模 ； 柔 软

65、， 易 变 形 ， 弹 性好 ， 可 在 曲 面 上 复 制 微 图形 。 7.4.5 微 流 控 分 析 系 统 中 微 流 体 的 驱 动 和 控 制微 流 控 芯 片 分 析 系 统 在 结 构 上 的 主 要 特 征 是 各 种 构 型 的微 通 道 网 络 ， 通 过 对 通 道 内 流 体 的 操 控 ， 完 成 芯 片 系 统的 分 离 分 析 功 能 。 而 研 究 与 微 通 道 相 适 应 的 微 流 体 驱 动技 术 是 实 现 微 流 体 控 制 的 前 提 和 基 础 。根 据 实 现 微 流 体 控 制 时 使 用 方 法 的 不 同 ， 基 本 微 流 控 技术

66、可 分 为 ： 驱 动 （ 微 泵 ） 控 制 、 微 阀 控 制 、 芯 片 微 通 道构 型 控 制 和 通 道 表 面 性 质 控 制 。 7.5 微 流 控 分 析 芯 片 的 应 用 图 7.12 芯 片 毛 细 管 电 泳 的 基 本 示 意 图 图 7.13（ A） 细 胞 分 析 实 验 所 采 用 的 微 流 控 装 置 的 图 像 。 （ B） A中 所 示的 微 流 控 装 置 中 乳 化 和 溶 胞 交 点 的 示 意 图 。 实 线 表 示 本 体 流 体 流 动 的 方 向 ，虚 线 是 溶 胞 后 标 记 组 分 的 电 泳 迁 移 方 向 。 图 7.14 细 胞 溶 胞 的 CCD图 像 。 （ A） 标 记 过 Calcein AM的 Jurkat细 胞 （ 在白 色 椭 圆 形 内 ） 正 被 流 体 动 力 传 输 到 溶 胞 处 。 细 胞 的 图 像 有 些 变 形 ， 原 因是 CCD摄 相 机 的 积 分 （ 曝 光 ） 时 间 与 细 胞 流 动 的 时 间 相 比 太 长 。 箭 头 表 示 流体 在 通 道 中 的 流 动 方 向