Микрожидкостная ячейка, ее назначение и основные элементы.

Под термином микрожидкостная система понимают миниатюрное устройство, изготовленное на основе микросистемной технологии и предназначенное для проведения различных химических и физических процессов с малыми объемами жидких реагентов.

Основные элементы микрожидкостных систем: микронасосы, клапаны, смесители, теплообменники, каналы, датчики и др

Две основные функции аналитических микросистем – это ввод пробы и ее анализ, которые можно представить, как более простые операции:

Капиллярные аналитические микросистемы соединяют в себе:

- высокоэффективный капиллярный электрофорез и

- капиллярную электрохроматографию,

-  интегрированные элементы жидкостной микрокапиллярной логики, - микрокомпоненты пробоподготовки,

-  миниатюрные оптоэлектронные устройства регистрации.

Например, система для генного анализа включает следующие компоненты:

капиллярную систему, инжектор, микроклапаны, амплификатор (ПЦР-реактор), теплообменник, источник возбуждающего излучения и датчик флюоресценции, источник питания, микропроцессорный модуль.

Электрофорез - это один из видов направленных движений заряженных частиц коллоидных систем в жидкой среде под действием внешнего электрического поля

В биохимии электрофорез служит для анализа, разделения и очистки биополимеров (главным образом белков), бактериальных клеток, вирусов, а также аминокислот, витаминов и др.

Электрофорез часто сочетают с другими методами разделения биоорганических соединений, например, с хроматографией. Основным средством разделения пробы на составляющие является хроматографическая колонка – пористая среда с адсорбционными свойствами, ограниченная, как правило, цилиндрической поверхностью. Пространственная структура и свойства поверхности колонки определяют ее способность разделять вещества. Появление фоторезистивных материалов нового поколения позволяет изготавливать разделительные дорожки с геометрическими препятствиями (колонки) любой формы с топологическим размером до 10 мкм на основе толстопленочных технологий.

Капиллярные микрочипы могут изготавливаться из стеклянных, кварцевых, кремниевых, полимерных или иных субстратов с каналами и отверстиями для заполнения чипа рабочими растворами, введения пробы и реагентов.

 Металлизация используется с целью создания электродов, подводящих высокое напряжение для электрофореза и управления потоками жидкости.

Схема стеклянного чипа для капиллярного электрофореза

 1 – сепарационный (разделительный) канал в виде «серпантина»;

2 – инжекционный крест;

3 – резервуар для буферного раствора;

 4 – резервуар с исследуемым образцом;

 5 – слив ненужного образца;

6 – слив буферного раствора и проанализированного образца;

 7 – покровное стекло,

 8 – стеклянный субстрат (основа)

Компоненты микрофлюидных систем:

-Транспортно-разделительная капиллярная система на полимерном чипе, применяемая для электрофоретического анализа проб;

- Дозатор «инжекционный крест», примененяемый для дозированного ввода

пробы в разделительный канал;

- Матрица микроструктур с высокой площадью поверхности (хроматографическая колонка )– применяется для экстрагирования, очистки и концентрирования ДНК из биологических проб;

- Реакционная микрокамера для амплификации нуклеиновых кислот с помощью полимеразной цепной реакции;

- Пьезоэлектрический микромембранный резонатор, применяемый для определения плотности и вязкости компонентов в каналах микроаналитической системы;

- Температурный датчик потока компонентов в каналах микроаналитической системы

Микросопло: элемент микросистемы, представляющий собой канал специального профиля, предназначенный для управляемого разгона микрообъемов жидкостей или газов до заданной скорости и придания их потоку заданного направления

Микродроссель: элемент микросистемы, обеспечивающий понижение давления микрообъемов жидкостей или газов при их прохождении через сужение в канале или пористую перегородку.

Микроканал: элемент микросистемы, обеспечивающий управляемое перемещение микрообъемов жидкостей.

Микроклапан (микрозаслонка): элемент микросистемы, выполняющий функцию управления расходом жидкости, пара или газа путем управляемого изменения площади проходного сечения.