本书共分15章，包括微流控芯片的各种基础技术和主要应用，其中，对近年来研究团队极为专注并颇有贡献的液滴芯片、纸芯片和器官芯片等新兴技术以及芯片在模式生物、微纳材料等重要领域的应用，都安排专门章节，予以重点介绍。书中提供的大量案例和彩图，全部来源于作者研究团队成员的一线工作。
绪论为全书之纲。作者力图以全新视角并从战略高度，诠释对这一新兴科学技术的理解和展望，既浓缩了积累，更倾注了心血。前言和后记则系倾力而成，阐明背景，传达思想，是全书的重要组成部分。
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《纳米科学与技术》丛书序
前言
第1章 绪论 1
1.1 微流控芯片的研究背景 1
1.2 微流控芯片的战略意义 2
1.3 林林总总的微流控芯片实验室 2
1.4 基于微流控芯片的微流体力学 4
1.5 纳流动和纳流控芯片 5
1.6 微流控芯片和产业转型 5
参考文献 6
第2章 一般芯片材料与芯片制作技术 7
2.1 常用微流控芯片材料与性能 7
2.2 芯片制作环境 9
2.3 硅、玻璃和石英芯片的制作和评估 10
2.3.1 薄膜材料和沉积技术 10
2.3.2 光刻掩模的制作 10
2.3.3 光刻的一般步骤 11
2.3.4 腐蚀方法及特性 12
2.3.5 玄胶 13
2.3.6 打孔 13
2.3.7 封接 13
2.3.8 硅、玻璃和石英芯片的评估（案例一） 15
2.4 高分子聚合物芯片的制作和评估 17
2.4.1 热乐法 17
2.4.2 模塑法 17
2.4.3 注塑法 19
2.4.4 LIGA技术 19
2.4.5 激光烧蚀法 20
2.4.6 软光刻法 20
2.4.7 打孔 22
2.4.8 封接 22
2.4.9 高分子聚合物芯片评估（案例二） 22
2.5 水凝胶聚合物芯片的研制（案例三） 24
2.5.1 水凝胶 24
2.5.2 水凝胶立体微图案 25
2.5.3 水凝胶立体微图案用于细胞培养 26
2.5.4 水凝胶平面微图案 27
2.5.5 以水凝胶为基础材料的微流控芯片 30
2.5.6 水凝胶芯片中细胞共培养 32
参考文献 33
第3章 纸质芯片材料与芯片制作技术 36
3.1 纸质微流控芯片 36
3.2 二维微流控纸芯片的制作 37
3.2.1 光刻法 37
3.2.2 绘图法 37
3.2.3 打印法 38
3.2.4 其他制作方法 38
3.3 三维纸质微流控芯片的制作 39
3.3.1 双面粘贴法 39
3.3.2 折叠压紧法 39
3.3.3 喷胶粘贴法 40
3.4 纸质微流控芯片的检测 40
3.4.1 LC色检测 40
3.4.2 电化学检测 40
3.4.3 化学发光检测 41
3.4.4 电化学发光检测 41
3.4.5 免疫检测 42
3.5 喷蜡柯印硝酸纤维素膜纸质微流控芯片研制（案例一） 43
3.5.1 硝酸纤维素膜 43
3.5.2 喷蜡打印制备硝酸纤维素膜纸芯片流程 44
3.5.3 喷蜡打印制备硝酸纤维素膜纸芯片条件优化 45
3.5.4 硝酸纤维素膜纸芯片的性能考察 45
3.5.5 硝酸纤维素膜纸芯片在蛋白质包被中的应用 48
3.6 以硝酸纤维素膜纸芯片为基质研制液塑PDMS芯片（案例二） 49
3.6.1 用硝酸纤维素膜纸芯片液塑制备PDMS芯片的流程 50
3.6.2 用硝酸纤维素膜纸芯片制备PDMS微孔 51
3.6.3 用硝酸纤维素膜纸芯片制备PDMS微通道 51
参考文献 53
第4章 微流体控制与驱动技术 56
4.1 微流体控制 56
4.1.1 电渗控制 56
4.1.2 微阀控制 58
4.2 微流体驱动 63
4.2.1 气动微泵驱动 63
4.2.2 电渗驱动 65
4.2.3 离心力驱动 66
4.2.4 单步往复流离心力驱动系统（案例一） 67
4.3 微阀微泵驱动控制（案例二） 69
4.3.1 芯片的制备 69
4.3.2 微阀微泵的程序控制 71
4.3.3 微泵微阀驱动控制的穿梭流混合效果验证 72
参考文献 73
第5章 进样及样品前处理技术 75
5.1 进样 75
5.1.1 单通道辅助进样（案例一） 75
5.1.2 多通道辅助进样（案例二） 80
5.2 样品前处理 82
5.2.1 固相萃取（案例三A，B） 82
5.2.2 等速电泳（案例四） 92
5.2.3 膜分离（案例五） 93
参考文献 97
第6章 微混合和微反应技术 99
6.1 微混合和微混合器 99
6.1.1 微混合 99
6.1.2 微混合器 100
6.2 微化学反应和微化学反应器 108
6.2.1 微化学反应器的基本特征 108
6.2.2 不同的通道型微化学反应器 108
6.3 微型生物反应工——聚合酶链反应 112
6.3.1 聚合酶链反应 112
6.3.2 集成微加热器/温度传感器PCR-CE芯片研制与性能考察（案例一） 113
6.3.3 集成PCR-CE芯片在乙肝病毒DNA分析中应用（案例二） 116
6.3.4 液滴数字PCR技术 120
6.4 微型生物反应Ⅱ——免疫反应 120
6.4.1 免疫反应 120
6.4.2 酶免疫电泳芯片分析盐酸克伦特罗（案例五） 121
6.4.3 PDMS固相载体/微阀（泵）芯片分析盐酸克伦特罗（案例四） 122
6.4.4 微珠免疫芯片分析睾酮（案例五） 125
参考文献 128
第7章 微分离技术 130
7.1 芯片分离的若干特点 130
7.2 电泳分离的基本问题 131
7.2.1 电泳的谱带迁移 132
7.2.2 电泳的谱带展宽 132
7.3 芯片电泳分离常见模式 132
7.3.1 一维芯片电泳（案例一A，B，C，D） 132
7.3.2 多维芯片电泳（案例二） 147
参考文献 151
第8章 微液滴技术 153
8.1 微流控芯片液滴 153
8.2 微流控芯片液滴的特点 154
8.3 微流控芯片液滴生成及其操控（案例一A） 155
8.3.1 基于“T”形结构芯片的液滴生成 155
8.3.2 基于“T”形结构微流控芯片液滴生成过程的操控 156
8.3.3 基于“流动聚焦”结构芯片的液滴生成 160
8.3.4 基于“流动聚焦”结构微流控芯片液滴生成的操控 160
8.4 微流控芯片液滴运行及其操控（案例一B） 167
8.4.1 液滴内部的混合 167
8.4.2 液滴融合 170
8.4.3 液滴分裂 173
8.4.4 液滴分选 173
8.4.5 液滴捕获和存储 175
8.4.6 液滴身份标记 175
8.5 基于气动微阀的液滴操控（案例二） 177
8.5.1 微阀控制装置的设计和研制 177
8.5.2 微阀控制液滴生成 178
8.5.3 微阀控制液滴大小 178
8.5.4 微阀控制不同组成液滴生成， 181
8.5.5 微阀控制液滴融合 183
8.6 基于电控的液滴破裂和液滴内涵物提取（案例三） 184
8.6.1 电控液滴破裂 181
8.6.2 电控液滴内涵物提取 186
8.7 微流控芯片数字液滴 187
8.7.1 电润湿现象和数字液滴 187
8.7.2 数字液滴芯片结构 189
8.7.3 数字液滴的一般操控 190
8.7.4 数字液滴的初级智能操控（案例网） 191
参考文献 194
第9章 检测技术 196
9.1 微流控芯片对检测的特殊要求 196
9.2 微流控芯片检测分类 197
9.3 激光诱导荧光检测 197
9.3.1 常规单通道激光诱导荧光检测（案例一A） 199
9.3.2 常规多通道激光诱导荧光检测（案例一B） 200
9.3.3 光电倍增管打描检测（案例一C） 201
9.3.4 微型化激光诱导荧光检测示例 203
9.4 紫外吸收光度检测 201
9.4.1 紫外吸收光度检测芯片的特殊要求 205
9.4.2 单点紫外吸收光度检测 207
9.4.3 全通道成像紫外吸收光度检测 208
9.4.4 紫外吸收检测微流控芯片仪的研制和性能考察（案例二） 209
9.5 化学发光检测 212
9.5.1 单通道化学发光检测 213
9.5.2 多通道化学发光检测（案例三） 213
9.6 电化学检测 211
9.6.1 安培检测（案例四） 215
9.6.2 电导检测 218
9.6.3 电势检测 220
9.6.4 复合式电化学检测 220
9.7 质谱检测 221
9.7.1 芯片与质谱的接口 222
9.7.2 芯片/质谱应用（案例五） 225
9.8 等离子体发射光谱检测 226
9.9 热透镜检测 227
9.10 生物传感器检测 228
9.11 单分子荧光检测 230
9.12 各种检测方法一览 231
参考文献 232
第10章 微流控芯片在核酸研究中的应用 235
10.1 基因突变检测 235
10.1.1 点突变检测 235
10.1.2 基因重排检测 240
10.1.3 基因甲基化检测 241
10.2 基因分型 212
10.2.1 甲核苷酸多态性检测 242
10.2.2 短串联重复序列多态性检测 246
10.3 DNA测序 250
10.4 SARS病毒和乙肝病毒的病原体基因检测（案例一，二） 252
10.4.1 SARS病毒病原体基因检测（案例一） 252
10.4.2 乙肝病毒(HBV)病原体基因检测（案例二） 251
10.5 苯丙酮尿症的产前筛查和早期诊断（案例三） 255
10.6 微流控芯片DNA计算及其应用 258
10.6.1 DNA计算及DNA计算机 258
10.6.2 誓角形识别的微流控芯片DNA计算（案例网） 259
10.6.3 抗乳腺癌基因药物合成的微流控芯片DNA计算（案例五） 261
参考文献 265
第11章 微流控芯片在蛋白质研究中的应用 268
11.1 微流控芯片蛋白质分析技术 268
11.1.1 蛋白质样品预处理 269
11.1.2 蛋白质分离 280
11.2 微流控芯片在蛋白质分析中的应用 284
11.2.1 蛋白质性质鉴定 281
11.2.2 蛋白质结构分析 285
11.2.3 蛋白质功能研究（案例一，二，二） 288
11.2.4 蛋白质实际样品分析 295
参考文献 296
第12章 微流控芯片在离子和小分子研究中的应用 299
12.1 离子 299
12.1.1 离子分析流程 299
12.1.2 离子分离模式 301
12.2 手性分子 301
12.2.1 基本概念 304
12.2.2 手性拆分 301
12.2.3 手性合成 307
12.2.4 手性合成手性拆分集成 307
12.3 代谢物 309
12.3.1 代谢物的一般分析方法 309
12.3.2 代谢物的分析应用 310
12.4 药物代谢物检测及毒性评价研究（案例） 313
12.4.1 芯片的设汁与研制 314
12.4.2 芯片细胞培养和肝微粒体的固定 316
12.4.3 药物代谢物检测及代谢物诱导细胞毒效评价 316
参考文献 318
第13章 微流控芯片在细胞研究中的应用 320
13.1 细胞的微流控芯片 320
13.2 细胞研究中的微流控芯片单元技术 322
13.2.1 细胞培养 322
13.2.2 细胞分选 322
13.2.3 细胞捕获 325
13.2.4 细胞裂解 328
13.3 微流控芯片在细胞研究中的应用 329
13.3.1 细胞状态研究 329
13.3.2 细胞功能研究 330
13.3.3 细胞组分研究 331
13.4 抗肿瘤药物诱导细胞凋亡（案例一） 333
13.4.1 细胞凋亡分析微流控芯片设计与制作 333
13.4.2 阿霉素对肝癌细胞活性的影响 335
13.4.3 阿霉素诱导肝癌细胞凋亡 336
13.5 抗肿瘤药物高内涵筛选（案例二） 339
13.5.1 高内涵筛选微流控芯片设计与制作 340
13.5.2 微流控芯片抗肿瘤药物高内涵筛选 340
13.5.3 抗肿瘤药物高内涵筛选结果 311
13.6 肿瘤微环境构建及肿瘤侵袭研究(案例三A) 345
13.6.1 三维细胞培养微流控芯片的设计和制备 346
13.6.2 三维基质内浓度梯度的生成 347
13.6.3 三维培养肿瘤细胞形态和活性的检测 317
13.6.4 EGF诱导的肿瘤细胞在三维基质内的迁移 348
13.7 肿瘤细胞与间质细胞三维共培养及侵袭研究（案例三B） 349
13.7.1 细胞三维共培养微流控芯片的设汁制备 349
13.7.2 肿瘤细胞球的形成 350
13.7.3 CAF诱导的肿瘤细胞球的侵袭 351
13.7.4 GM6001抑制CAF诱导的肿瘤细胞球的侵袭 351
13.8 甲酰肽受体激动剂筛选（案例四） 353
13.8.1 甲酰肽受体介导的细胞趋化分析 351
13.8.2 甲酰肽受体内吞分析 355
13.8.3 甲酰肽受体介导的钙离子释放分析 357
13.8.4 甲酰肽受体激动剂筛选结果 358
13.9 软骨组织培养以及不同生长因子的繁殖促进作用研究（案例五） 358
参考文献 361
第14章 微流控芯片在模式生物（线虫）研究中的应用 362
14.1 线虫的基本特征 362
14.2 用于线虫神经生物学研究的微流控芯片技术 364
14.2.1 通道微流控芯片 361
14.2.2 液滴微流控芯片 366
14.3 基于微流控芯片平台的线虫神经生物学研究 367
14.3.1 线虫行为研究 367
14.3.2 线虫神经系统研究 369
14.4 基于通道微流控芯片的神经毒素诱导线虫行为研究（案例一） 372
14.4.1 神经毒素诱导的单线虫神经元特征研究 372
14.4.2 神经毒素诱导的单线虫运动及神经元特征研究 374
14.5 基于液滴微流控芯片的神经毒素诱导下单个线虫运动行为研究（案例二） 378
14.5.1 单个线虫运动行为研究的液滴微流控芯片 378
14.5.2 神经毒素MPP+诱导下的单个线虫运动行为研究 383
14.6 基于液滴微流控芯片的线虫帕金森病药理学模型研究（案例三） 385
14.6.1 线虫帕金森病药理学模型研究的液滴微流控芯片 385
14.6.2 对帕金森病药理学模型线虫三种参数的同步研究 392
参考文献 395
第15章 微流控芯片在微纳材料研究中的应用 397
15.1 纳米材料和纳米颗粒 397
15.1.1 金属纳米颗粒 397
15.1.2 半导体纳米颗粒 398
15.1.3 氧化物纳米颗粒 400
15.1.4 杂化纳米颗粒 401
15.2 羟基磷灰石纳米颗粒的液滴芯片合成（案例一） 403
15.2.1 芯片的设计和制作 403
15.2.2 液滴的生成、融合 404
15.2.3 羟基磷灰石的合成、表征 404
15.3 微米材料和微米颗粒 406
15.3.1 无机微球颗粒 407
15.3.2 固态聚合物微球颗粒 407
15.3.3 Janus颗粒 410
15.3.4 杂化微米Janus颗粒 412
15.3.5 核壳结构颗粒 413
15.3.6 不同形貌颗粒 415
15.4 基于液滴的微球在线合成和可控组装（案例二） 416
15.4.1 芯片设计和制作 417
15.4.2 微球的在线合成和组装 419
15.4.3 参数控制 419
15.5 基于双乳液的形貌可控微颗粒合成（案例三） 423
15.5.1 芯片设计和制作 424
15.5.2 微颗粒形貌控制的原理 425
15.5.3 微颗粒的形貌调节 426
15.5.4 微颗粒三维结构的考察 427
15.6 基于液滴微流控芯片的新型水凝胶微胶囊的制备（案例四） 429
15.6.1 芯片设计和制备 430
15.6.2 新型水凝胶微胶囊的制备 430
15.6.3 新型微胶囊的性能考察 431
参考文献 433
索引 435
后记 441
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