全文分为四个部分：微流控技术及其发展、微流控技术的特点、微流控技术的应用领域、微流控芯片的制造。

一、微流控技术及发展

微流控技术（LabonaChip）：是一种使用微通道处理或操控微小流体的技术。是一门涉及化学、流体物理、微电子、新材料、生物学和生物医学工程的新兴交叉学科技术。在医疗诊断、生化分析、化学合成、环境监测等领域应用前景广阔。

微流控技术

微流控技术的发展：一般认为微流控技术的研究正式始于上世纪90年代初，曼兹等人在研究电泳时首次提出μ-TAS概念；年，首家微流控技术公司Caliper成立；年业内著名杂志LabonaChip创刊；年“微流控芯片大规模集成”一文在science上发表；年Business2.0杂志将该技术称之为“改变未来的七种技术之一”；年Nature杂志推出相关专辑；到目前，国内诸多科学家正在这一领域做出显著成绩。

微流控技术的发展

具体分为3个阶段：

第一阶段（年-年）：该阶段微流控芯片被认为是化学分析平台，往往和“微全分析系统”概念一起使用。

第二阶段（年-年）：学术界和产业界越来越清楚地意识到微流控芯片远超“微全分析系统”这一概念，是一种极其重要的平台。

第三阶段（年至今）：年Nature杂志发表一期题为“芯片实验室”的专辑，其编辑部的社评认为微流控可能成为“这一世纪的技术”。直到现在，该技术的发展日新月异。

二、微流控技术的特点

1、层流

微流控芯片中通道尺寸小（10-μm），流体流速小，因此，一般认为微流控芯片中流体的流动具有低雷诺数的特点，属于层流流动。

微流控芯片中的层流现象

2、惯性迁移

粒子的惯性迁移最早由SegreG和Silberberg于年发现在圆管流中，层流中的悬浮颗粒在垂直于主流方向发生侧向迁移至距管轴线大约0.6倍半径处（该现象也被称为管状收缩效应）。微通道中的粒子受到流体的拖曳而加速，在垂直于主流方向存在惯性升力使微粒迁移到相应的“平衡”位置。

微粒的惯性迁移

3、迪恩流

在弯曲通道中，由于曲率的存在，流体经过弯道时，离心力和径向压力梯度的不平衡致使流道中心线处流体向外流动，封闭流道中为了满足质量守恒，靠近外壁面处流体将沿着流道在上下底面回流，于是在垂直主流动方向上产生了两个旋转方向相反的涡，该现象被称为迪恩（Dean）流或二次流。但一些特殊的直通道结构在低雷诺数下也能诱导该现象的发生。

微通道中的迪恩流

三、微流控技术的应用领域

1、细胞、液滴与微粒

自20世纪90年代以来，微流控技术以其众多的优势逐渐成为细胞研究领域的重要工具。在微流控芯片上，精确设计的微通道可以将化学和生物等领域涉及的样品制备、反应、分离、检测，以及细胞培养、分选、裂解、分析等操作集成到一块很小的芯片上，实现多种功能。

由于微通道中流体具有的一些特殊现象（惯性迁移与迪恩流），一些研究人员已将其应用到血液中癌细胞的分离、微藻的聚焦与分离、液滴的生成等领域。

大规模集成微流控芯片

2、生物医药

近年来，微流控技术在生物医药中的应用非常广泛。如器官芯片技术，及时诊断（POCT）技术，生化分析等。在医学检测中，有针对血液、尿液等体液以及其他分泌物的微流控技术检测分析。目前已有微流控芯片应用于新冠病毒核酸检测的报道。

3、化学化工

化工技术的微型化成为一种新的趋势，由于微通道大的比表面积和换热面积，对于反应速度快、放热效应强的化学反应（如硝化反应），在微反应器中也能在近乎等温的条件下进行反应。利用微反应器的这些优势，可以使一些化学反应转化率大大提升，同时减少副产物，实现化学反应绿色化。例如，巴斯夫公司在微反应器中合成维生素前体时，产品收率可以从传统设备的25%提升到80%～85%。AMII等报道的氟化反应，产品转化率从15%提升到了90%。

微流控技术在化工中主要应用有微混合器、微反应器、微换热、微分离、微分析等设备。

4、光电

通过多种物理场，如电场、磁场、激光等的作用，可以实现微流控芯片中的目标检测对象的分离。如通过融合微流控技术和光学、光电学等形成功能集成化和系统微型化的光学检测和微流分析系统。

微机电光学系统通过利用微流控技术可以在芯片上构建波导、透镜、开关和滤波等光学元件，并实现交换、显示和存储等功能，这些新颖的微流控集成光学元器件将在未来的信息领域中得到应用。

四、微流控芯片的制造

微流控芯片的制造方法有光刻法、数控机加工、热压法、模塑法、注塑法、LIGA技术、激光刻蚀等技术。

1、光刻法：通过设计图纸、制版、涂抹光刻胶、曝光显影等方法实现微流控芯片的加工。

2、数控机加工：通过精雕机精密雕刻，可实现微通道的加工，再经由密封、键合等方法使微流控芯片成型。

精雕技术

3、模塑法：该技术主要用来制作高分子聚合物微流控芯片，主要方法是通过光刻得到模具，然后在模具上固化液态聚合物得到具有微流控芯片。

4、其他方法：其他方法还有如激光刻蚀、软光刻、热压法等，也有非常规方法如通过拉制毛细管形成微通道；通过固化浸入到PDMS池的金属丝形成微通道等。

主要参考文献：

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