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序1

第1章 绪论1

1.1 基本概念4

1.2 相关称谓6

1.2.1 微全分析系统6

1.2.2 生物芯片8

1.2.3 微阵列芯片10

1.3 发展简史12

1.4 微流控芯片的基本特征14

1.5 微尺度下流体的基本特征14

1.5.1 层流16

1.5.2 传质16

1.5.3 电渗18

1.5.4 传热18

1.5.5 相变20

1.6 应用领域20

1.6.1 化学22

1.6.2 生物学和医学24

1.6.3 光学26

1.6.4 信息学28

参考文献30

第2章 芯片材料与芯片制作技术31

2.1 常用微流控芯片材料与性能32

2.2 芯片制作环境34

2.3 硅、玻璃和石英芯片的制作34

2.3.1 薄膜材料和沉积技术36

2.3.2 光刻掩膜的制作方法36

2.3.3 光刻的一般步骤36

2.3.4 腐蚀方法及特性40

2.3.5 去胶方法40

2.4 硅、玻璃和石英芯片的打孔方法42

2.5 硅、玻璃和石英芯片的封接流程42

2.6 硅、玻璃和石英芯片的评估方法44

2.7 高分子聚合物芯片的制作46

2.7.1 热压法制作流程46

2.7.2 模塑法制作流程48

2.7.3 注塑法制作流程48

2.7.4 LIGA技术制作流程50

2.7.5 激光烧蚀法制作流程50

2.7.6 软光刻法制作流程50

2.8 高分子聚合物芯片的打孔方法52

2.9 高分子聚合物芯片的封接流程52

2.10 高分子聚合物芯片评估方法54

参考文献60

第3章 表面改性技术63

3.1 表面改性技术概述64

3.2 玻璃和石英芯片的表面改性66

3.2.1 动态改性68

3.2.2 硅烷化反应68

3.3 热塑性聚合物芯片的表面改性70

3.3.1 本体掺杂70

3.3.2 动态改性72

3.3.3 聚合诱导接枝72

3.4 固化型聚合物芯片的表面改性74

3.4.1 本体掺杂76

3.4.2 共价偶联76

3.4.3 聚合诱导接枝78

3.4.4 吸附—交联78

3.5 表面改性的表征技术80

参考文献84

第4章 微流体驱动与控制技术87

4.1 微流体驱动88

4.2 机械驱动88

4.2.1 气动微泵驱动88

4.2.2 离心力驱动92

4.2.3 压电微泵驱动94

4.3 非机械驱动96

4.3.1 电渗驱动96

4.3.2 热气微泵驱动96

4.3.3 光学捕获微泵驱动98

4.4 微流体控制100

4.5 电渗控制100

4.6 微阀控制100

4.6.1 无源阀控制102

4.6.2 有源阀控制104

4.7 程序编制106

参考文献108

第5章 进样和样品预处理技术111

5.1 液态样品进样114

5.1.1 区带样品进样114

5.1.2 液滴样品进样124

5.1.3 连续样品进样126

5.2 气/固态样品进样126

5.3 芯片实验室各种进样方式一览128

5.4 萃取130

5.4.1 固相萃取130

5.4.2 液液萃取134

5.5 过滤136

5.6 膜分离136

5.6.1 膜过滤136

5.6.2 渗析140

5.7 等速电泳142

5.8 场放大堆积142

5.9 芯片实验室各种预处理手段一览144

参考文献145

第6章 微混合和微反应技术147

6.1 微混合148

6.2 微混合器150

6.3 被动式微混合器150

6.3.1 并行叠片微混合器150

6.3.2 串联叠片微混合器152

6.3.3 混沌对流微混合器152

6.3.4 液滴微混合器156

6.4 主动式微混合器156

6.4.1 磁力搅拌型微混合器156

6.4.2 声场促进型微混合器158

6.4.3 电场促进型微混合器158

6.5 微反应和微反应器160

6.6 微反应器分类160

6.7 微化学反应器160

6.7.1 按相分类160

6.7.2 按样品衍生与分离的相对顺序分类166

6.7.3 特殊微化学反应器示例170

6.7.4 高通量微反应器示例172

6.8 微型生物反应器174

6.9 聚合酶链反应174

6.9.1 PCR芯片的制作178

6.9.2 芯片PCR反应分类182

6.9.3 芯片PCR集成186

6.10 免疫反应194

6.10.1 免疫反应的分类194

6.10.2 均相免疫反应194

6.10.3 非均相免疫反应198

参考文献208

第7章 微分离技术215

7.1 概述216

7.2 电泳分离的基本问题218

7.2.1 电泳的谱带迁移218

7.2.2 电泳的谱带展宽218

7.3 芯片电泳分离常见模式220

7.3.1 一维芯片电泳220

7.3.2 多维芯片电泳240

参考文献244

第8章 液滴技术247

8.1 液滴的形成248

8.2 液滴的优点250

8.3 液滴的操控技术252

8.3.1 反应物引入252

8.3.2 液滴的融合和分裂254

8.3.3 液滴身份标记256

8.3.4 液滴内涵物分析256

8.3.5 液滴分选258

8.3.6 液滴存储258

8.4 液滴的表面处理258

8.5 多层液滴260

8.6 液滴的应用示例262

8.6.1 蛋白质结晶研究262

8.6.2 酶反应264

8.6.3 细胞和模式生物研究264

8.6.4 微颗粒材料制备268

8.6.5 复杂过程的模拟268

8.6.6 液滴在信号编码中的应用270

参考文献273

第9章 检测技术275

9.1 微流控芯片对检测的特殊要求276

9.2 微流控芯片检测分类278

9.3 激光诱导荧光检测278

9.3.1 常规单通道激光诱导荧光检测280

9.3.2 常规多通道激光诱导荧光检测280

9.3.3 微型化激光诱导荧光检测示例284

9.4 紫外吸收光度检测284

9.4.1 紫外吸收光度检测芯片的特殊要求286

9.4.2 单点紫外吸收光度检测288

9.4.3 全通道成像紫外吸收光度检测288

9.5 化学发光检测290

9.5.1 单通道化学发光检测290

9.5.2 多通道化学发光检测290

9.6 电化学检测292

9.6.1 安培检测292

9.6.2 电导检测296

9.6.3 电势检测298

9.6.4 复合式电化学检测298

9.7 质谱检测298

9.7.1 芯片与质谱的接口300

9.7.2 芯片/质谱应用304

9.8 等离子体发射光谱检测306

9.9 热透镜检测306

9.10 生物传感器检测308

9.11 各种检测方法一览310

参考文献311

第10章 微流控芯片实验室在核酸研究中的应用315

10.1 基因突变检测316

10.1.1 点突变检测316

10.1.2 基因重排检测324

10.1.3 基因甲基化检测326

10.2 基因分型检测326

10.2.1 单核苷酸多态性检测326

10.2.2 短串联重复序列多态性检测332

10.3 DNA测序338

10.4 病原体基因检测342

10.5 DNA计算机348

10.5.1 DNA计算和DNA计算机348

10.5.2 微流控芯片DNA计算机352

参考文献358

第11章 微流控芯片实验室在蛋白质研究中的应用361

11.1 微流控芯片蛋白质分析技术364

11.1.1 蛋白质样品预处理364

11.1.2 蛋白质的分离374

11.2 微流控芯片在蛋白质分析中的应用380

11.2.1 蛋白质的性质鉴定380

11.2.2 蛋白质的结构分析382

11.2.3 蛋白质的功能研究384

11.2.4 蛋白质实际样品分析394

参考文献396

第12章 微流控芯片实验室在离子和小分子研究中的应用399

12.1 离子400

12.1.1 离子分析流程400

12.1.2 离子分离模式402

12.2 手性分子406

12.2.1 基本概念406

12.2.2 手性拆分408

12.2.3 手性合成412

12.2.4 手性合成-手性拆分集成414

12.3 代谢物414

12.3.1 代谢物的一般分析方法416

12.3.2 代谢物的分析应用420

参考文献426

第13章 微流控芯片实验室在细胞研究中的应用431

13.1 概述432

13.2 细胞研究中的微流控芯片单元技术434

13.2.1 细胞培养434

13.2.2 细胞分选436

13.2.3 细胞捕获450

13.2.4 细胞裂解456

13.3 微流控芯片在细胞研究中的应用460

13.3.1 细胞状态研究460

13.3.2 细胞功能研究462

13.3.3 细胞组分研究464

13.4 微流控芯片细胞研究应用示例：微流控芯片细胞水平药物筛选466

参考文献469

附录 本书涉及的量与单位符号简表474

结语475