微流控

微流体是指在几何上被限制在一个小区域（通常是亚毫米）内的流体的行为、精确控制和操纵，在这个区域内，表面力支配着大量的力。

它是一个涉及工程、物理、化学、生物化学、纳米技术和生物技术的多学科领域。它在设计处理低容量液体的系统方面有实际应用，以实现复用、自动化和高通量筛选。

微流控技术出现在20世纪80年代初，被用来开发喷墨打印头、DNA芯片、片上实验室技术、微推进和微热技术。

通常，微意味着以下特征之一：

• 小体积（μL、nL、pL、fL）
• 小尺寸
• 低能耗
• 微域效应

通常，微流控系统运输、混合、分离或以其他方式处理液体。各种应用都依赖于利用毛细管流量调节元件形式的毛细管力进行被动流体控制，类似于流量电阻和流量加速器。

在一些应用中，外部驱动也被用来定向输送介质。例如，应用离心力的旋转驱动器被用于被动芯片上的流体输送。

有源微流控技术是指通过有源（微）部件，如微泵或微阀，对工作流体进行明确的操纵。微泵以连续方式或定量方式提供流体。微阀决定了泵送流体的流动或移动方向。

通常情况下，通常在实验室中进行的过程在单个芯片上被小型化，这提高了效率和流动性，并减少了样品和试剂的体积。

微尺度的流体行为可能与宏观的流体行为不同，因为诸如表面张力、能量耗散和流体阻力等因素开始主导系统。微流体学研究这些行为如何变化，以及如何绕过它们，或利用它们达到新的目的。

在小尺度上（通道尺寸约为100纳米至500微米），出现了一些有趣的、有时非直观的特性。特别是，雷诺数（将流体动量的影响与粘度的影响进行比较）可以变得非常低。

一个关键的结果是，共同流动的流体不一定是传统意义上的混合，因为流动变成了层流而不是湍流；分子在它们之间的运输通常必须是通过扩散。

化学和物理特性（浓度、pH值、温度、剪切力等）的高特异性也可以得到保证，从而在单步和多步反应中获得更均匀的反应条件和更高等级的产品。

微流控流动只需受到几何长度尺度的限制--用于实现这种几何限制的模型和方法高度依赖于目标应用。传统上，微流控流动是在封闭的通道内产生的，其截面范围为10微米x10微米。这些方法中的每一种都有自己的相关技术，以保持强大的流体流动，这些技术已经成熟了好几年。

流体的行为和它们在开放式微通道中的控制是在2005年左右开创的，并应用于空气-液体样品采集和色谱。在开放式微流控技术中，系统的至少一个边界被移除，使流体暴露在空气或另一个界面（即液体）中。开放式微流控技术的优点包括可以接触到流动的液体以进行干预，更大的液体-气体表面积，以及最小化的气泡形成。

开放式微流控技术的另一个优点是能够将开放系统与表面张力驱动的液体流动结合起来，这就不需要外部泵送方法，如蠕动泵或注射器泵。

开放式微流控装置也很容易通过铣削、热成型和热压印的方式制造，而且成本低廉。此外，开放式微流控技术消除了为设备胶合或粘合盖子的需要，这可能不利于毛细管流动。

开放式微流控技术的例子包括开放式通道微流控技术、基于轨道的微流控技术、基于纸张和基于螺纹的微流控技术。开放式系统的缺点包括易受蒸发、污染和有限的流速。

连续流微流控技术主要通过加速或阻碍液体在毛细管元件中的流动来控制通过狭窄通道或多孔介质的稳态液体流动。

在纸基微流控技术中，毛细管元件可以通过简单改变横截面的几何形状来实现。一般来说，液体流动由一个外部压力源、一个外部压力源和一个内部压力源驱动。