微流控(Microfluidics )技术是指采用微管道方法对亚毫米量级乃至微米量级流体进行测量的技术。一般认为微流控技术来源于分析化学领域的毛细管电泳 、流体注射分析等技术。1990 年,瑞士巴乘尔中央分析研究所的曼茨(A.Manz)和威德姆(H.M. Widmer) 等人在“传感器与执行器、化学” 期刊上撰文,首次提出了利用微加工方法实现微型化全化学分析系统的概念,这被公认为微流控芯片的诞生标志。
微流控芯片相比之前的分析系统,尺寸减小后带来的主要同题是表面特性还是扩散特性占主导的问题。表面特性占主导使得微流控芯片可以通过其具有的超大表面积提高目标分子壁面俘获量,从而提高检测灵敏度或反应效率;同时超大表面积也使得微流控芯片的非特异性吸附严重,甚至会导致相应的反应失效,故而对表面进行功能化修饰或钝化处理成为微流控技术的关键。扩散特性主导使得微流控芯片可以通过精细的尺寸优化设计实现基于扩散原理的物质分离;同时由于微尺度下物质交换仅能依赖于扩散进行,缺乏高效的物质输运方法。因此,高效率片内混合方法是微流控芯片直到今天仍未能彻底解决的重大挑战。
典型的微流控芯片的结构如图 2-116 所示,基本功能单元包括进液口(连接外部反应液或样品)、微通道(流体输运结构、功能实现的空间)、功能结构(提供功能,如温度控制等)、出液口(连接外部储液池或废液池)。此外,为实现多功能集成,有些微流控系统需要将微泵、微阀等功能单元与微通道集成。
近年来开发出的很多基于表面驱动、离心驱动的微流控芯片技术,由于液体驱动简单、易于实现而具有很好的应用潜力。技术最成熟并己经取得商业化成功的微流控芯片包括 MEMS 喷墨打印头,以及近年来出现的 MEMS 微流体泵等。