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《微纳流控芯片实验室》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。

《纳米科学与技术》丛书序

前言

第1章绪论

1.1微流控芯片的研究背景

1.2微流控芯片的战略意义

1.3林林总总的微流控芯片实验室

1.4基于微流控芯片的微流体力学

1.5纳流动和纳流控芯片

1.6微流控芯片和产业转型

参考文献

第2章一般芯片材料与芯片制作技术

2.1常用微流控芯片材料与性能

2.2芯片制作环境

2.3硅、玻璃和石英芯片的制作和评估

2.3.1薄膜材料和沉积技术

2.3.2光刻掩模的制作

2.3.3光刻的一般步骤

2.3.4腐蚀方法及特性

2.3.5去胶

2.3.6打孔

2.3.7封接

2.3.8硅、玻璃和石英芯片的评估（案例一）

2.4高分子聚合物芯片的制作和评估

2.4.1热压法

2.4.2模塑法

2.4.3注塑法

2.4.4 LIGA技术

2.4.5激光烧蚀法

2.4.6软光刻法

2.4.7打孔

2.4.8封接

2.4.9高分子聚合物芯片评估（案例二）

2.5水凝胶聚合物芯片的研制（案例三）

2.5.1水凝胶

2.5.2水凝胶立体微图案

2.5.3水凝胶立体微图案用于细胞培养

2.5.4水凝胶平面微图案

2.5.5以水凝胶为基础材料的微流控芯片

2.5.6水凝胶芯片中细胞共培养

参考文献

第3章纸质芯片材料与芯片制作技术

3.1纸质微流控芯片

3.2二维微流控纸芯片的制作

3.2.1光刻法

3.2.2绘图法

3.2.3打印法

3.2.4其他制作方法

3.3三维纸质微流控芯片的制作

3.3.1双面粘贴法

3.3.2折叠压紧法

3.3.3喷胶粘贴法

3.4纸质微流控芯片的检测

3.4.1比色检测

3.4.2电化学检测

3.4.3化学发光检测

3.4.4电化学发光检测

3.4.5免疫检测

3.5喷蜡打印硝酸纤维素膜纸质微流控芯片研制（案例一）

3.5.1硝酸纤维素膜

3.5.2喷蜡打印制备硝酸纤维素膜纸芯片流程

3.5.3喷蜡打印制备硝酸纤维素膜纸芯片条件优化

3.5.4硝酸纤维素膜纸芯片的性能考察

3.5.5硝酸纤维素膜纸芯片在蛋白质包被中的应用

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）

3.6.1用硝酸纤维素膜纸芯片液塑制备PDMS芯片的流程

3.6.2用硝酸纤维素膜纸芯片制备PDMS微孔

3.6.3用硝酸纤维素膜纸芯片制备PDMS微通道

参考文献

第4章微流体控制与驱动技术

4.1微流体控制

4.1.1电渗控制

4.1.2微阀控制

4.2微流体驱动

4.2.1气动微泵驱动

4.2.2电渗驱动

4.2.3离心力驱动

4.2.4单步往复流离心力驱动系统（案例一）

4.3微阀微泵驱动控制（案例二）

4.3.1芯片的制备

4.3.2微阀微泵的程序控制

4.3.3微泵微阀驱动控制的穿梭流混合效果验证

参考文献

第5章进样及样品前处理技术

5.1进样

5.1.1单通道辅助进样（案例一）

5.1.2多通道辅助进样（案例二）

5.2样品前处理

5.2.1固相萃取（案例三A，B）

5.2.2等速电泳（案例四）

5.2.3膜分离（案例五）

参考文献

第6章微混合和微反应技术

6.1微混合和微混合器

6.1.1微混合

6.1.2微混合器

6.2微化学反应和微化学反应器

6.2.1微化学反应器的基本特征

6.2.2不同的通道型微化学反应器

6.3微型生物反应工——聚合酶链反应

6.3.1聚合酶链反应

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）

6.3.3集成PCR—CE芯片在乙肝病毒DNA分析中应用（案例二）

6.3.4液滴数字PCR技术

6.4微型生物反应Ⅱ——免疫反应

6.4.1免疫反应

6.4.2酶免疫电泳芯片分析盐酸克伦特罗（案例三）

6.4.3 PDMS固相载体／微阀（泵）芯片分析盐酸克伦特罗（案例四）

6.4.4微珠免疫芯片分析睾酮（案例五）

参考文献

第7章微分离技术

7.1芯片分离的若干特点

7.2电泳分离的基本问题

7.2.1电泳的谱带迁移

7.2.2电泳的谱带展宽

7.3芯片电泳分离常见模式

7.3.1一维芯片电泳（案例—A，B，C，D）

7.3.2多维芯片电泳（案例二）

参考文献

第8章微液滴技术

8.1微流控芯片液滴

8.2微流控芯片液滴的特点

8.3微流控芯片液滴生成及其操控（案例—A）

8.3.1基于“T”形结构芯片的液滴生成

8.3.2基于“T”形结构微流控芯片液滴生成过程的操控

8.3.3基于“流动聚焦”结构芯片的液滴生成

8.3.4基于“流动聚焦”结构微流控芯片液滴生成的操控

8.4微流控芯片液滴运行及其操控（案例—B）

8.4.1液滴内部的混合

8.4.2液滴融合

8.4.3液滴分裂

8.4.4液滴分选

8.4.5液滴捕获和存储

8.4.6液滴身份标记

8.5基于气动微阀的液滴操控（案例二）

……

第9章检测技术

第10章微流控芯片在核酸研究中的应用

第11章微流控芯片在蛋白质研究中的应用

第12章微流控芯片在离子和小分子研究中的应用

第13章微流控芯片在细胞研究中的应用

第14章微流控芯片在模式生物（线虫）研究中的应用

第15章微流控芯片在微纳材料研究中的应用

索引

后记

文摘

《纳米科学与技术》丛书序

前言

第1章绪论

11微流控芯片的研究背景

12微流控芯片的战略意义

13林林总总的微流控芯片实验室

14基于微流控芯片的微流体力学

15纳流动和纳流控芯片

16微流控芯片和产业转型

参考文献

第2章一般芯片材料与芯片制作技术

21常用微流控芯片材料与性能

22芯片制作环境

23硅、玻璃和石英芯片的制作和评估

231薄膜材料和沉积技术

232光刻掩模的制作

233光刻的一般步骤

234腐蚀方法及特性

235去胶

236打孔

237封接

238硅、玻璃和石英芯片的评估(案例一)

24高分子聚合物芯片的制作和评估

241热压法

242模塑法

243注塑法

244LIGA技术

245激光烧蚀法

246软光刻法

247打孔

248封接

249高分子聚合物芯片评估(案例二)

25水凝胶聚合物芯片的研制(案例三)

251水凝胶

252水凝胶立体微图案

253水凝胶立体微图案用于细胞培养

254水凝胶平面微图案

255以水凝胶为基础材料的微流控芯片

256水凝胶芯片中细胞共培养

参考文献

第3章纸质芯片材料与芯片制作技术

31纸质微流控芯片

32二维微流控纸芯片的制作

321光刻法

322绘图法

323打印法

324其他制作方法

·viii·33三维纸质微流控芯片的制作

331双面粘贴法

332折叠压紧法

333喷胶粘贴法

34纸质微流控芯片的检测

341比色检测

342电化学检测

343化学发光检测

344电化学发光检测

345免疫检测

35喷蜡打印硝酸纤维素膜纸质微流控芯片研制(案例一)

351硝酸纤维素膜

352喷蜡打印制备硝酸纤维素膜纸芯片流程

353喷蜡打印制备硝酸纤维素膜纸芯片条件优化

354硝酸纤维素膜纸芯片的性能考察

355硝酸纤维素膜纸芯片在蛋白质包被中的应用

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）

361用硝酸纤维素膜纸芯片液塑制备PDMS芯片的流程

362用硝酸纤维素膜纸芯片制备PDMS微孔

363用硝酸纤维素膜纸芯片制备PDMS微通道

参考文献

第4章微流体控制与驱动技术

41微流体控制

411电渗控制

412微阀控制

42微流体驱动

421气动微泵驱动

422电渗驱动

423离心力驱动

424单步往复流离心力驱动系统（案例一）

43微阀微泵驱动控制（案例二）

431芯片的制备

432微阀微泵的程序控制

433微泵微阀驱动控制的穿梭流混合效果验证

参考文献

·ix·第5章进样及样品前处理技术

51进样

511单通道辅助进样（案例一）

512多通道辅助进样（案例二）

52样品前处理

521固相萃取(案例三A，B)

522等速电泳（案例四）

523膜分离（案例五）

参考文献

第6章微混合和微反应技术

61微混合和微混合器

611微混合

612微混合器

62微化学反应和微化学反应器

621微化学反应器的基本特征

622不同的通道型微化学反应器

63微型生物反应Ⅰ——聚合酶链反应

631聚合酶链反应

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)

633集成PCRCE芯片在乙肝病毒DNA分析中应用(案例二)

634液滴数字PCR技术

64微型生物反应Ⅱ——免疫反应

641免疫反应

642酶免疫电泳芯片分析盐酸克伦特罗（案例三）

643PDMS固相载体/微阀（泵）芯片分析盐酸克伦特罗（案例四）

644微珠免疫芯片分析睾酮(案例五)

参考文献

·x·第7章微分离技术

71芯片分离的若干特点

72电泳分离的基本问题

721电泳的谱带迁移

722电泳的谱带展宽

73芯片电泳分离常见模式

731一维芯片电泳(案例一 A,B,C,D)

732多维芯片电泳(案例二)

参考文献

第8章微液滴技术

81微流控芯片液滴

82微流控芯片液滴的特点

83微流控芯片液滴生成及其操控(案例一A)

831基于“T”形结构芯片的液滴生成

832基于“T”形结构微流控芯片液滴生成过程的操控

833基于“流动聚焦”结构芯片的液滴生成

834基于“流动聚焦”结构微流控芯片液滴生成的操控

84微流控芯片液滴运行及其操控(案例一B)

841液滴内部的混合

842液滴融合

843液滴分裂

844液滴分选

845液滴捕获和存储

846液滴身份标记

85基于气动微阀的液滴操控(案例二)

851微阀控制装置的设计和研制

852微阀控制液滴生成

853微阀控制液滴大小

854微阀控制不同组成液滴生成

855微阀控制液滴融合

86基于电控的液滴破裂和液滴内涵物提取(案例三)

861电控液滴破裂

862电控液滴内涵物提取

87微流控芯片数字液滴

871电润湿现象和数字液滴

872数字液滴芯片结构

873数字液滴的一般操控

874数字液滴的初级智能操控(案例四)

参考文献

第9章检测技术

·xi·91微流控芯片对检测的特殊要求

92微流控芯片检测分类

93激光诱导荧光检测

931常规单通道激光诱导荧光检测（案例一A）

932常规多通道激光诱导荧光检测（案例一B）

933光电倍增管扫描检测（案例一C）

934微型化激光诱导荧光检测示例

94紫外吸收光度检测

941紫外吸收光度检测芯片的特殊要求

942单点紫外吸收光度检测

943全通道成像紫外吸收光度检测

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)

95化学发光检测

951单通道化学发光检测

952多通道化学发光检测（案例三）

96电化学检测

961安培检测（案例四）

962电导检测

963电势检测

964复合式电化学检测

97质谱检测

971芯片与质谱的接口

972芯片/质谱应用（案例五）

98等离子体发射光谱检测

99热透镜检测

910生物传感器检测

911单分子荧光检测

912各种检测方法一览

参考文献

第10章微流控芯片在核酸研究中的应用

101基因突变检测

1011点突变检测

1012基因重排检测

1013基因甲基化检测

102基因分型

1021单核苷酸多态性检测

1022短串联重复序列多态性检测

·xii·103DNA测序

104SARS病毒和乙肝病毒的病原体基因检测（案例一，二）

1041SARS病毒病原体基因检测（案例一）

1042乙肝病毒（HBV）病原体基因检测（案例二）

105苯丙酮尿症的产前筛查和早期诊断(案例三)

106微流控芯片DNA计算及其应用

1061DNA计算及DNA计算机

1062三角形识别的微流控芯片DNA计算(案例四)

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）

参考文献

第11章微流控芯片在蛋白质研究中的应用

111微流控芯片蛋白质分析技术

1111蛋白质样品预处理

1112蛋白质分离

112微流控芯片在蛋白质分析中的应用

1121蛋白质性质鉴定

1122蛋白质结构分析

1123蛋白质功能研究（案例一，二，三）

1124蛋白质实际样品分析

参考文献

第12章微流控芯片在离子和小分子研究中的应用

121离子

1211离子分析流程

1212离子分离模式

122手性分子

1221基本概念

1222手性拆分

1223手性合成

1224 手性合成手性拆分集成

123代谢物

1231代谢物的一般分析方法

1232代谢物的分析应用

124药物代谢物检测及毒性评价研究（案例）

1241芯片的设计与研制

1242芯片细胞培养和肝微粒体的固定

1243药物代谢物检测及代谢物诱导细胞毒效评价

参考文献

·xiii·第13章微流控芯片在细胞研究中的应用

131细胞的微流控芯片

132细胞研究中的微流控芯片单元技术

1321细胞培养

1322细胞分选

1323细胞捕获

1324细胞裂解

133微流控芯片在细胞研究中的应用

1331细胞状态研究

1332细胞功能研究

1333细胞组分研究

134抗肿瘤药物诱导细胞凋亡(案例一)

1341细胞凋亡分析微流控芯片设计与制作

1342阿霉素对肝癌细胞活性的影响

1343阿霉素诱导肝癌细胞凋亡

135抗肿瘤药物高内涵筛选(案例二)

1351高内涵筛选微流控芯片设计与制作

1352微流控芯片抗肿瘤药物高内涵筛选

1353抗肿瘤药物高内涵筛选结果

136肿瘤微环境构建及肿瘤侵袭研究(案例三A)

1361三维细胞培养微流控芯片的设计和制备

1362三维基质内浓度梯度的生成

1363三维培养肿瘤细胞形态和活性的检测

1364EGF诱导的肿瘤细胞在三维基质内的迁移

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)

1371细胞三维共培养微流控芯片的设计制备

1372肿瘤细胞球的形成

1373CAF诱导的肿瘤细胞球的侵袭

1374GM6001抑制CAF诱导的肿瘤细胞球的侵袭

138甲酰肽受体激动剂筛选(案例四)

·xiv·1381甲酰肽受体介导的细胞趋化分析

1382甲酰肽受体内吞分析

1383甲酰肽受体介导的钙离子释放分析

1384甲酰肽受体激动剂筛选结果

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）

参考文献

第14章微流控芯片在模式生物(线虫)研究中的应用

141线虫的基本特征

142用于线虫神经生物学研究的微流控芯片技术

1421通道微流控芯片

1422液滴微流控芯片

143基于微流控芯片平台的线虫神经生物学研究

1431线虫行为研究

1432线虫神经系统研究

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)

1441 神经毒素诱导的单线虫神经元特征研究

1442 神经毒素诱导的单线虫运动及神经元特征研究

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)

1451单个线虫运动行为研究的液滴微流控芯片

1452神经毒素MPP+诱导下的单个线虫运动行为研究

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)

1461线虫帕金森病药理学模型研究的液滴微流控芯片

1462对帕金森病药理学模型线虫三种参数的同步研究

参考文献

第15章微流控芯片在微纳材料研究中的应用

151纳米材料和纳米颗粒

1511金属纳米颗粒

1512半导体纳米颗粒

1513氧化物纳米颗粒

1514杂化纳米颗粒

152羟基磷灰石纳米颗粒的液滴芯片合成(案例一)

1521芯片的设计和制作

1522液滴的生成、融合

1523羟基磷灰石的合成、表征

153微米材料和微米颗粒

1531无机微球颗粒

1532固态聚合物微球颗粒

1533Janus颗粒

1534杂化微米Janus颗粒

1535核壳结构颗粒

1536不同形貌颗粒

·xv·154基于液滴的微球在线合成和可控组装(案例二)

1541芯片设计和制作

1542微球的在线合成和组装

1543参数控制

155基于双乳液的形貌可控微颗粒合成(案例三)

1551 芯片设计和制作

1552 微颗粒形貌控制的原理

1553 微颗粒的形貌调节

1554 微颗粒三维结构的考察

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)

1561芯片设计和制备

1562新型水凝胶微胶囊的制备

1563新型微胶囊的性能考察

参考文献

·xvi·索引

后记

林炳承，博士，中国科学院大连化学物理研究所研究员，大连理工大学教授, 芯片实验室研究大连中心(筹)主任；英国皇家化学会会士，德国洪堡基金(AvH)学者，日本学术振兴会(JSPS) 研究员；Electrophoresis 杂志副主编, Lab on a Chip杂志第四届编委，国际微分离分析战略委员会委员。

早年致力于毛细管电泳等分离分析研究, 20世纪90年代后期起从事微流控芯片及其应用研究。已发表论文330余篇，出版《微流控芯片实验室》等中文著作6部，主编Microfluidics: Technologies and Applications等英文著作、年刊和专辑6部(期)；申请或持有微流控芯片领域专利50余项；培养博士、硕士研究生50余名，博士后近十名；全国优秀博士学位论文指导教师(2001)；先后获辽宁省自然科学奖一等奖（2002），辽宁省科技进步奖一等奖（2007）和国家科学技术进步奖二等奖（2010）；国务院特殊津贴专家。

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前言

序言

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《微纳流控芯片实验室》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。