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第1章　绪论1

1.1 创新分析测试技术在21世纪科技发展中的地位1

1.2 微型全分析系统和微流控芯片发展概况1

1.3 微流控技术（Microfluidics）的定义3

1.3.1 关于“Microfluidics”一词的中文译名3

1.3.2 关于微流控技术的定义4

1.4 微流控分析系统的特点4

1.4.1 微流控分析芯片的结构与功能特征4

1.4.2 微流控芯片与微阵列芯片（生物芯片）的区别5

1.5 微流控技术与微流控芯片的发展趋势6

1.5.1 引言6

1.5.2 检测系统的微型化与集成化6

1.5.3 试样引入与前处理系统的微型化和集成化6

1.5.4　微流控芯片的规模集成化7

1.5.5 专用型微流控分析仪器的发展7

1.5.6 微流控分析的重点应用领域7

参考文献8

第2章　微加工技术基础9

2.1 概述9

2.2 材料9

2.2.1 硅9

2.2.2　石英和玻璃10

2.2.3　硬质高分子聚合物10

2.2.4　弹性聚合物11

2.2.5 光敏聚合物11

2.2.6 其他材料12

2.3 光刻12

2.3.1 掩膜制备12

2.3.2 光刻胶12

2.3.3 曝光及显影15

2.3.4 刻蚀17

2.3.5 高分辨刻蚀19

2.4　聚合物芯片加工19

2.4.1 原位成型法20

2.4.2 注塑法20

2.4.3 热压法21

2.4.4 激光烧蚀21

2.4.5　其他加工法23

2.5 芯片的封合23

2.5.1 热封合24

2.5.2　胶黏剂封合24

2.5.3 表面活化辅助封合24

2.6　表面微加工25

2.6.1 化学气相沉积（ChemicalVaporDeposition，CVD）25

2.6.2 物理气相沉积25

2.6.3 无极电镀26

2.7　软刻蚀（SoftLithography）26

参考文献27

第3章　微流控芯片制作技术28

3.1 玻璃微流控芯片的制作28

3.1.1 玻璃微流控芯片的通用制作方法28

3.1.2 玻璃微流控芯片的室温键合制作方法29

3.1.3 用于紫外检测的玻璃微流控芯片的制作30

3.2 热塑材料微流控芯片的制作31

3.2.1 聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）微流控芯片的制作31

3.2.2 聚碳酸酯（PC）微流控芯片的制作37

3.3PDMS微流控芯片的制作38

3.3.1PDMS微流控芯片的常规方法制作39

3.3.2多层PDMS微流控芯片的制作40

3.3.3具有功能组件的PDMS微流控芯片的制作41

3.3.4PDMS微流控芯片模具的固体印刷法（Solid-objectPrinting）制作43

3.3.5PDMS微流控芯片的两步注塑制作44

3.4微流控芯片的表面改性技术46

3.4.1玻璃微流控芯片表面改性技术46

3.4.2　PMMA芯片的表面改性技术49

3.4.3PC微流控芯片的表面改性技术51

3.4.4PDMS微流控芯片的表面改性技术51

3.4.5用于芯片微流体控制的表面改性技术58

参考文献61

第4章　微阀、微泵与微反应器的加工与应用63

4.1微型阀在微流控系统中的应用63

4.1.1有源阀63

4.1.2无源阀69

4.2微型泵在微流控系统中的应用70

4.2.1机械微泵的工作原理71

4.2.2压电微泵71

4.2.3热气动力微泵74

4.2.4静电微泵74

4.2.5电磁微泵74

4.2.6　钛镍合金微泵75

4.2.7气动微泵76

4.2.8电渗泵77

4.2.9电流体动力微泵80

4.2.10磁流体动力微泵81

4.2.11以毛细和蒸发作用为驱动力的微泵83

4.3微反应器加工与应用85

4.3.1微化学反应器85

4.3.2聚合酶链微反应器88

4.3.3生化微反应器91

4.4微反应器加热与温度控制技术99

4.4.1PID控制算法99

4.4.2分体接触式加热101

4.4.3集成化接触式加热101

4.4.4非接触式加热103

参考文献103

第5章　微流控分析系统实验参数测量技术106

5.1微流控芯片结构尺寸测量技术106

5.1.1扫描电子显微镜（SEM）测量技术106

5.1.2　轮廓仪测量技术107

5.1.3基于PDMS复制的CCD成像测量技术108

5.2微流控系统温度测量技术109

5.2.1系统外部测温技术110

5.2.2基于液体物理参数变化的测温技术110

5.2.3指示剂吸收光谱法测温技术111

5.2.4热色液晶测温技术111

5.2.5指示剂荧光强度变化的测温技术111

5.2.6基于分子信标（MolecularBeacon）的测温技术113

5.2.7基于激光的界面测温技术113

5.2.8反向散射干涉测温法114

5.3微流体流速测量技术114

5.3.1集成化流速传感器测速技术115

5.3.2　标记物测速技术115

5.3.3　微粒成像测速技术116

5.3.4共焦荧光检测测速技术117

5.4微流体参数及状态的计算机模拟仿真118

5.4.1温度分布的模拟仿真119

5.4.2电动进样的模拟仿真119

5.4.3电驱动体系中弯道流型的模拟仿真121

5.4.4混合效果的模拟仿真123

参考文献124

第6章　微流体控制技术126

6.1微流控芯片通道构型在微流体控制中的作用126

6.1.1通道构型在微阀设计中的应用126

6.1.2通道构型在芯片电泳通道设计中的应用127

6.2　微流体的混合技术129

6.2.1被动微混合器130

6.2.2主动微混合器132

6.3　微流体进样技术134

6.3.1定容进样135

6.3.2　定时进样141

6.4多相层流技术的应用146

6.4.1多相层流无膜扩散分离技术146

6.4.2多相层流技术在芯片功能单元加工过程中的应用150

6.4.3多相层流技术在试样传输中的应用151

6.5微流控芯片中的液-液萃取分离技术152

6.5.1微流控芯片多相层流无膜液-液萃取技术153

6.5.2　微流控芯片停流液-液萃取技术156

6.6　微流控芯片中的渗析分离技术157

6.7微流控芯片中的过滤技术160

6.8微流控芯片中的固相萃取分离技术163

6.8.1开口管柱SPE163

6.8.2　填充柱SPE163

6.8.3　整体柱SPE164

6.9　微流控芯片基于电泳的预富集技术166

6.9.1微流控芯片电堆积富集166

6.9.2　微流控芯片场放大进样富集168

6.9.3　微流控芯片等速电泳富集169

6.10　微流控芯片电泳分离技术171

6.10.1芯片毛细管电泳技术171

6.10.2芯片介电电泳分离技术174

6.10.3芯片自由流电泳技术177

6.11微流控芯片电色谱分离技术178

6.11.1开口管柱芯片电色谱179

6.11.2填充柱芯片电色谱179

6.11.3整体柱芯片电色谱180

参考文献183

第7章　微流控芯片检测系统的设计与应用186

7.1前言186

7.2微流控系统中吸收光度检测器的设计和应用187

7.2.1短光程检测池吸收光度检测器187

7.2.2长光程检测池的吸收光度检测器189

7.3微流控系统中荧光检测器的设计和应用192

7.3.1小型荧光检测器的结构设计原则192

7.3.2半导体激光器作为激发光源的小型荧光检测器193

7.3.3LED作为激发光源的光路系统198

7.4微流控系统中化学发光检测器的设计和应用200

7.4.1普通化学发光检测器201

7.4.2电致化学发光检测器203

7.5微流控系统中电化学检测器的设计和应用207

7.5.1安培检测器208

7.5.2电导检测器214

7.5.3电位检测器217

7.6微流控系统与质谱检测器接口的设计和应用218

7.6.1　微流控芯片-ESI-MS接口218

7.6.2微流控芯片-MALDI-MS接口223

7.7　微流控系统中的其他检测器224

7.7.1热透镜检测器224

7.7.2　折射率检测器225

7.7.3　核磁共振检测器225

参考文献227

第8章　微流控分析系统的集成化230

8.1前言230

8.2微流体控制功能部件的集成化230

8.2.1集成加热元件的PCR微芯片230

8.2.2集成加热和温控元件的PCR-毛细管电泳芯片230

8.2.3集成微型阀和加热、温控元件的PCR-DNA杂交微芯片232

8.2.4集成加热、温控元件的微芯片通道中的温度控制232

8.2.5集成微流控功能部件的细胞分离分析微芯片234

8.3微检测器在微流控系统中的集成化236

8.3.1微型光学检测系统的集成化236

8.3.2　微电极及电化学检测装置的集成化239

8.3.3集成电化学检测装置的PCR芯片反应系统240

8.3.4集成微电极检测装置的酶联免疫分析系统242

8.3.5介观流控（Mesofluidic）集成检测系统244

8.4微反应器的集成化246

8.4.1层叠式微芯片反应器247

8.4.2组合式微芯片化学反应集成系统248

8.5试样前处理系统在微流控芯片上的集成化249

8.5.1PCR扩增与毛细管电泳分离的集成化249

8.5.2样品预处理-毛细管电泳分离的集成化250

8.5.3　“阀上实验室”系统中前处理部件的集成化250

8.6微流控分析系统的阵列化与规模集成252

8.6.1集成化微流控高密度反应器阵列252

8.6.2384道微毛细管阵列电泳生物分析系统252

8.6.3集成化的CD光盘式微流控芯片酶联免疫分析系统253

参考文献255

第9章　微流控芯片在生命科学研究中的应用256

9.1微流控芯片在基因分析中的应用256

9.1.1引言256

9.1.2聚合酶链反应256

9.1.3　核酸分析261

9.1.4基因突变检测263

9.2微流控芯片在蛋白质和氨基酸分析中的应用265

9.2.1 引言265

9.2.2 微流控芯片凝胶电泳分离266

9.2.3 微流控芯片毛细管区带电泳分离266

9.2.4 等电聚焦分离268

9.2.5二维分离269

9.3 微流控芯片在免疫检测中的应用271

9.4 微流控芯片在细胞分析中的应用272

9.4.1细胞计数和分类筛选273

9.4.2　单细胞分析276

参考文献278