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目录1

上篇 基础篇1

第1章 绪论1

1.1 从微电子学中所得经验1

1.2 微系统在分析化学中的优势2

1.3 μTAS的概念3

参考文献6

第2章 超洁净工作室简介7

第3章 微流控体系的理论基础10

3.1 流体及流动性11

3.2 运输过程17

3.2.1 输类型17

3.2.1.2 迁移18

3.2.1.1 对流18

3.2.1.3 扩散19

3.2.1.4 分散21

3.3 系统设计22

3.4 生物流体29

参考文献32

第4章 微流控体系的组成元件33

4.1 阀和泵33

4.1.1 电渗引起的流体运动39

4.1.2 混合器43

4.2 注射、定量给样及测定46

4.3 微流控体系中的温度测量50

4.3.1 微反应器51

4.3.2 微体系中的温度传感器51

4.3.3.1 金属52

4.3.3.2 非金属52

4.3.3 电阻式温度检测器52

4.3.4 热电偶53

4.3.5 半导体结构传感器54

4.3.6 基于其他原理的温度传感器55

4.3.7 结论56

4.4 光学传感器56

4.4.1 使用的仪器56

4.4.2 吸附检测57

4.4.3 渐逝波传感作用60

4.4.4 荧光检测61

4.5 电化学传感器63

参考文献66

第5章 微流控体系中的模拟仿真69

5.1 物理方面及其设计69

5.2.1 CFD-ACE+6.6版73

5.2 软件及硬件的选择73

5.2.2 Conventor WareTM2001.3版74

5.2.3 硬件74

5.2.4 典型CFD软件的核心要素75

5.2.5 预处理器75

5.2.6 解算器78

5.2.7 后处理器78

5.3 重要的数据设置79

5.3.1 临界条件79

5.3.2 解算器的设置80

5.4 误差和偏差83

5.5 模拟的解释和评估84

5.6 模拟实例84

5.6.1 环形毛细管中的完全展开流84

5.6.2 检测单元中化学物质在电渗流作用下的运动89

参考文献102

5.6.3 结论102

第6章 硅及超净室的处理104

6.1 基底制作104

6.2 光刻技术108

6.2.1 照相平版印刷技术108

6.2.2 掩膜设计111

6.2.3 制作开始前的注意事项113

6.3 镀膜115

6.3.1 涂层的基本原理115

6.3.2 沉积作用的原理116

6.3.3 材料119

6.3.4 lift-off124

6.3.5 硅化物124

6.4 蚀刻除去125

6.4.2 氢氟酸（HF）法刻蚀126

6.4.1 湿法刻蚀的基本原理126

6.4.3 硅的各向同性刻蚀127

6.4.4 硅的各向异性刻蚀127

6.4.5 常用的各向异性腐蚀剂128

6.4.6 其他腐蚀剂129

6.4.7 不搅动对传输限制型刻蚀的影响130

6.5 干法刻蚀130

6.5.1 等离子刻蚀的基本原理131

6.5.2 等离子刻蚀的设备133

6.5.3 刻蚀气体135

6.5.4 激光辅助刻蚀法136

6.6 热处理136

6.6.1 热氧化136

6.6.2 扩散139

6.6.5 阳极键和的物理学机理140

6.6.3 退火140

6.6.4 键和140

6.6.6 应用实例141

参考文献142

第7章 玻璃的微加工143

7.1 化学试剂湿法刻蚀144

7.2 活性离子法刻蚀玻璃145

7.3 激光法图案化145

7.4 粉尘的吹除146

7.5 玻璃键和146

7.6 微制造的一个实例148

参考文献150

第8章 聚合物的微加工技术151

8.1 热浮雕法152

8.3 铸造法153

8.2 注射铸造法153

8.4 激光微加工技术155

8.5 磨制156

8.6 紫外光聚合刻蚀法157

8.7 聚合物微结构的封合157

8.8 附加功能159

8.9 聚合物微结构的实例160

参考文献162

第9章 微流控体系的组装164

9.1 组装的级别165

9.1.1 硅片水平的组装165

9.1.2 多芯片组装167

9.1.3 非标准组装168

9.2.2 识别及鉴定169

9.2.1 设计阶段169

9.2 组装的设计过程169

9.2.3 综合170

9.2.4 评估及测试172

9.2.4.1 键和力的测试173

9.2.4.2 组装密封性的测试173

9.2.4.3 其他测试174

9.3 组装设计过程中的影响因素174

9.4 组装可靠性的影响因素175

9.4.1 残余应力175

9.4.2 机械保护和压力减轻结构175

9.4.3 电保护和钝化作用177

9.4.4 键合过程中的调整177

9.4.5 热性能178

9.4.6 抗化学品性能179

9.5 相互连接180

9.4.7 组装过程中的保护作用180

9.5.1 流体连接181

9.5.2 电连接181

9.5.3 光连接184

9.6 重要的微加工材料比较186

参考文献189

下篇 应用篇191

第10章 软材料（PDMS）微全分析系统的构建与应用191

10.1 引言191

10.2 用于微流体装置的材料192

10.2.1 用于装置制造的高聚物192

10.2.2 采用PDMS的微流体系统192

10.2.2.1 软平版印刷术192

10.2.2.3.1 PDMS的表面化学193

10.2.2.2 快速形成样品和复制模型193

10.2.2.3 表面化学和密闭193

10.2.2.3.2 不可逆密封195

10.2.2.3.3 可逆密封195

10.2.2.4 3D的制造195

10.2.2.4.1 二层照相印刷平板法195

10.2.2.4.2 “膜三明治”法196

10.2.2.4.3 固体实物印刷法196

10.2.2.5 连接197

10.3 使用PDMS系统的整合元件198

10.3.1 混合器198

10.3.2 弹性开关200

10.3.3 嵌入膜和凝胶201

10.3.5 整合的荧光检测系统203

10.3.4 磁过滤203

10.4 结论206

参考文献206

第11章 微全分析系统在化学分析中的应用211

11.1 传感器和传感器系统214

11.2 生物传感器217

11.3 流动进样分析219

11.4 分离技术222

11.4.1 自由区带电泳223

11.4.2 凝胶电泳225

11.4.3 胶态离子电动力学色谱（MEKC）225

11.4.4 开通道电色谱（OCEC）229

11.4.5 填充层色谱230

11.4.6 固相支持结构的制作230

11.4.7 原位聚合固定相231

11.4.9 二维分离234

11.4.8 同步循环毛细管电泳（SCCE）234

11.4.10 流体力学色谱法（HDC）236

11.4.11 剪切力驱动的色谱236

11.5 其他分析技术237

11.5.1 固相萃取（SPE）238

11.5.2 电动力学富集DNA238

11.5.3 电分层239

参考文献241

第12章 微全分析系统混合效率的理论及应用研究246

12.1 引言246

12.2 被动混合方法247

12.2.1 几何结构控制247

12.2.2 水力调焦249

12.2.4 微球250

12.2.3 微流体孔道中的液滴250

12.3 主动混合方法251

12.3.1 脉冲型交叉流251

12.3.2 电力作用252

12.3.3 超声波作用252

12.3.4 磁力作用253

12.3.5 其他主动混合方法254

12.4 结论和展望255

参考文献256

第13章 半导体传感器在生物检测中的应用260

13.1 引言260

13.2 DNA测序中的应用261

13.3 酶FET263

13.4 免疫分析264

13.5 细胞培养266

13.6 半导体的生化传感器的微型化与便携式发展268

参考文献273

14.1 引言278

第14章 微全分析系统在生物监测中的应用278

14.2 蛋白质分析279

14.3 免疫分析283

14.3.1 均相免疫分析283

14.3.2 非均相免疫分析284

14.3.3 酶联免疫吸附分析289

14.4 DNA分析及测序290

14.4.1 DNA分析290

14.4.2 DNA杂交292

14.4.3 DNA测序293

14.5 细胞培养及检测294

14.6 μTAS展望300

参考文献300

15.2 微区域可控的细胞固定和生长技术303

15.2.1 细胞的可控性固定技术303

第15章 微全分析系统在组织工程中的应用303

15.1 引言303

15.2.2 细胞的拓扑结构的控制性生长305

15.2.3 生物反应器305

15.3 细胞固定和培养技术的应用307

15.3.1 基板307

15.3.2 血管组织307

15.3.3 肝脏308

153.4 骨头309

15.3.5 软骨组织309

15.3.6 神经细胞310

15.3.7 活性物质的定位传递311

15.4 人工制造组织器官312

参考文献313