微流控系统通过操控微米尺度通道内的微量流体，为化学分析、生物检测及材料合成等领域提供了高通量、低消耗的研究平台。其优势的充分发挥，依赖于实验流程的系统性优化。从实验设计、芯片准备到系统操作与数据分析，每一环节都需遵循特定的操作准则与技术要点。 一、实验前的系统规划与设计
成功的微流控实验始于周密的规划。在实验设计阶段，需明确研究目标，并根据目标选择合适的微流控芯片构型。针对不同的应用，芯片的通道网络、几何结构及功能单元设计有差异。明确需要操控的流体类型、目标流型以及所需的观测或检测方式。对于涉及多种试剂或样品的复杂实验，提前设计详细的加样顺序、流速组合及时间控制方案。模拟软件可用于初步验证设计的流体动力学行为，预测可能存在的问题。
芯片的选择与准备至关重要。根据实验需求，评估不同基材芯片的化学兼容性、光学特性及表面性质。使用前，需对芯片进行清洗以去除制造残留物或污染物。对于需要进行表面改性的芯片，应严格按规程完成亲水化、疏水化或生物分子固定化处理，并验证改性效果。将芯片接入系统前，确认所有接口与外部管路匹配良好，无泄漏风险。
二、系统的装配与初始化操作
系统的正确装配是实验成功的基础。将微流控芯片稳妥固定于载物台或夹具上，确保芯片平整且位置准确，便于后续显微镜观察或光学检测。使用适当规格的导管连接芯片的入口、出口与外部流体驱动装置，确保连接牢固。外部驱动装置需根据实验精度要求选择，可能涉及注射泵、压力控制器或蠕动泵。完成连接后，进行系统检漏。通常采用较低压力或流速向管路和芯片内注入惰性流体，观察所有接口处是否有渗漏。
初始化过程旨在建立稳定的流体环境。在引入样品或试剂前，需用与实验体系兼容的缓冲液或溶剂充分润湿并冲洗整个流路，以驱除管路和芯片通道内的气泡。排除气泡是微流控操作的关键步骤，气泡会阻塞通道，干扰流型与传质过程。通过控制流速、施加反向压力或使用专用的脱气装置，可以有效去除或避免气泡形成。确认流路畅通且无气泡后，将系统调整至待机或初始设定状态。
三、实验执行与过程控制
实验执行阶段的核心在于精确控制与实时监测。根据预设方案，依次或同时将样品与试剂引入系统，并通过驱动装置精确控制各入口的流速或压力。微流控系统实验对流速的稳定性与准确性要求较高，需确保驱动装置工作正常，并尽量减少因管路弹性或接口松动导致的压力波动。
在实验运行期间，需利用集成的显微镜、高速相机或在线检测器等设备，对芯片内的关键区域进行实时观察与数据采集。实时监测有助于及时确认液滴形成是否均一、细胞分布是否合适、混合反应是否充分，或浓度梯度是否按预期建立。一旦发现异常，可立即调整流速等参数进行干预。对于长时间实验，需注意观察有无蒸发效应导致溶液浓度变化，必要时采取相应措施。
四、数据处理与系统维护
实验结束后，妥善处理数据并对系统进行维护是完整流程的一部分。对采集到的图像、视频或光谱等原始数据进行整理与分析。可能需要应用图像处理算法进行颗粒计数、尺寸测量、荧光强度分析或流场计算。将处理后的数据与实验条件关联，进行结果解读。
系统维护包括芯片的清洁与保存，以及外部部件的保养。实验用过的芯片，需用适当溶剂清洗，去除残留的生物样品或化学试剂，干燥后妥善保存。冲洗外部管路，检查驱动装置的性能。定期校准压力传感器、流量传感器及光学检测设备，确保整个系统处于良好状态，为后续实验做好准备。
通过上述从规划、装配、执行到维护的精细化操作流程，能够提升微流控系统实验的效率与可靠性，使这一强大工具的技术潜力得以充分实现。
zhanghaihan@nzdsh.cn
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更新时间：2026-01-09
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