微流控技术是一种在微米尺度下操控微小体积液体的技术,通过设计特殊的通道网络和腔室来实现对流体的精确控制、混合、反应和分析。
1.定义与特征
微型化平台:典型通道宽度为10–500μm,可集成泵、阀、反应器等功能于单一芯片上。
层流特性:低雷诺数(Re<<1)使流体呈平滑稳定的层状流动,无湍流混乱现象,有利于精准操控。
扩散主导机制:物质传输主要依赖分子扩散而非对流,适用于快速高效的化学反应或生物分子相互作用研究。
2.理论基础
纳维尔-斯托克斯方程简化版描述粘性流体行为;
泰勒分散理论解释粒子在弯曲通道中的迁移规律;
表面张力效应显著影响液滴生成与破裂过程。
二、微流控技术材料选择策略
1.硬质基底:硅晶体适合高温高压极*条件实验;
2.弹性材质:PDMS因透光性好、成本低且便于快速原型制作而被广泛采用;
3.复合结构:玻璃-金属键合满足生物相容性要求高的应用场景。
三、微流控技术技术优势与挑战并存
1.突出优点
样品节省:仅需纳升级别试剂即可完成传统方法同等效果的实验;
过程可视化:配合显微成像系统追踪动态过程(如结晶生长路径);
自动化潜能:易于与机器人平台对接实现无人值守长时间运行。
2.现存瓶颈
堵塞风险:悬浮颗粒易沉积在狭窄拐角处导致流通不畅;
气泡管理难题:溶解气体逸出形成的气栓会干扰定量准确性;
规模化障碍:从实验室到产业化放大过程中保持性能一致性困难。
