【原】如何選擇微流控芯片？

Microblox_Lab 2022-03-15

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什么是微流控芯片

微流控芯片

微流控芯片是微流控系統(tǒng)中的一種微型化反應(yīng)裝置。

微流控芯片通過芯片通道入口和出口與外部模塊（壓力泵、注射泵、儲液池等）相連，可將流體或氣體驅(qū)動至芯片內(nèi)的通道或腔室中，以進行反應(yīng)和分析。微流控芯片內(nèi)部的通道和腔室結(jié)構(gòu)專門為所需進行的應(yīng)用和分析（細胞培養(yǎng)，器官培養(yǎng)，DNA分析，數(shù)字PCR、液滴生成等）而設(shè)計，因此，微流控芯片集成度高，可以在單個微流控芯片中，完成實驗室的若干功能，具有非常多的優(yōu)點：

1.減少樣品和試劑消耗量；

2.提高實驗自動化程度；

3.最大限度地縮短分析時間；

4.集成化，微型化和便攜化；

5.高分辨率，高靈敏度。

微流控芯片的材質(zhì)

用于制作微流控芯片的主要材質(zhì)分為三種：硅、玻璃和聚合物。

硅和玻璃最先被用于制作微流控芯片，隨著新技術(shù)的出現(xiàn)，聚合物、復(fù)合材料和紙等材料都能用于制作微流控芯片，在某些情況下，由于實驗的特定需求，微流控芯片的制作需要同時使用多種材料。

硅制微流控芯片的優(yōu)缺點

硅制微流控芯片

硅是第一種應(yīng)用于微流控芯片制作的材料，具有以下優(yōu)點：

1.導(dǎo)熱性好；

2.表面穩(wěn)定；

3.耐有機溶劑；

4.易在金屬表面沉積。

然而，由于硅本身硬度高，致使微流控芯片加工難度大，也難以制作成閥和泵等微流控部件，其本身不透明，難以應(yīng)用在在光學(xué)實驗中，再加上硅的價格相對昂貴。因此，硅很快就被玻璃和聚合物材料所取代。

玻璃微流控芯片的優(yōu)缺點

玻璃微流控芯片

玻璃是一種光學(xué)透明、電絕緣的非晶態(tài)材料，通常采用光刻或濕/干蝕刻方法加工。在微流控實驗中，玻璃除了擁有與硅相同的優(yōu)點外，還具有以下優(yōu)點:

1.優(yōu)秀的光學(xué)透明度

2.優(yōu)異的耐高壓性

3.生物相容性

4.化學(xué)惰性

5.允許高效涂層

玻璃的諸多優(yōu)點，使得玻璃微流控芯片可應(yīng)用于毛細管電泳、石油驅(qū)替、液滴生成、溶劑萃取和原位制備等實驗中。不過，玻璃微流控芯片不透氣性較差，不能用于長期的細胞培養(yǎng)，另外，玻璃硬度較高，加工鍵合難度大，發(fā)展仍然受到成本限制。

聚合物微流控芯片的優(yōu)缺點

聚合物微流控芯片

相比硅和玻璃，聚合物表現(xiàn)出很大的優(yōu)勢和靈活性：聚合物更易于獲取，更便宜，更堅固并且擁有更快的制造工藝。可用于制作微流控芯片的聚合物有：聚苯乙烯（PS, Polystyrene），聚碳酸酯（PC, Polycarbonate），聚氯乙烯（PVC, Polyvinyl chloride），環(huán)烯烴共聚物（COC, Cyclic Olefin Copolymer），聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA, Polymethyl methacrylate），聚二甲基硅氧烷（PDMS, Polydimethylsiloxane）。其中，硬質(zhì)塑料（PMMA等）因其具有一定的光學(xué)性能與耐壓性，種類多，價格低，易于加工與表面改性，可實現(xiàn)微流控芯片的量產(chǎn)，但其熱穩(wěn)定性和生物相容性并不理想。而PDMS制作成本低，制備工藝簡單且可澆注成型，在學(xué)術(shù)界應(yīng)用非常廣泛。PDMS微流控芯片的主要優(yōu)點包括：

1.光學(xué)透明

2.彈性

3.無毒

4.穩(wěn)定性

5.成本低

6.生物相容性好

PDMS芯片的主要缺點之一是其疏水性，在親水實驗中，需要對PDMS進行表面改性。PDMS芯片的另一個主要缺點在于其不能承受高壓，因為PDMS具有一定的彈性，其內(nèi)部通道在高壓下會發(fā)生改變，并且很容易出現(xiàn)漏液情況。

盡管如此，PDMS仍是最常用的微流控芯片材料。