1.2.2 微流控芯片的特点

微流控芯片的特点见表1.1，一般表现为传质传热效率高，能耗低物耗少污染小，高通量，易集成，且廉价安全。

表1.1微流控芯片的特点

Table 1.1 Features of microfluidic chips

特点 影响因素a 影响因素b

传质传热效率高 分子扩散路程短 比表面积大

能耗低物耗少污染小 反应物量少 试剂用量少

高通量 芯片强大集成性 样品可大量处理

易集成 集成部件多 集成规模大

廉价安全 反应体积小 反应产热少

1.2.3 均相与多相体系

（1）连续流

一种简单的微反应器生物催化就是在均相体系中进行。该反应简单的将酶和底物通过计量泵打入到反应器入口处。可以使用单个或量个计量泵。使用一个计量泵时，将酶和底物混合在一起。使用两个泵时，可以单独将酶和底物打入反应器入口处，此时酶和底物在入口处可以快速的混合。例如Masaya Miyazaki等[10]用胰蛋白酶催化水解BAPA，酶的反应加速了，同时得率也增加了将近三倍。这表明连续流微反应器对于微反应过程是一种很好的工具。这也在某种程度上也为某种更复杂的情况做了铺垫，其中的一种可行的拓展就是在水-有机相，或离子液体-有机相等两相中使用。

图 1.1 连续式反应器

Fig.1.1 continuous reactor

（2）分段流

液-液双相分段流动方式(简称分段流)的微通道反应器历来受到国际化工界的高度关注[11]。Karande 等[12]首次在“水/溶剂”分段流微通道中，实现了底物1-庚醛向产物1-庚醇的酶促转化，在0.5 mm内径的毛细管中产物的平均产率高达10.4 g/L/h(90 mM/h)[13]。这是因为在反应器的微通道中，流体的黏度和表面张力等理化因素在两相界面产生的作用力导致流体以不同的速率流动，两相流体在微通道中形成脉冲式间隔的、不互溶的微团（即分段流）相互分离。同时，微团内部产生激烈的涡流循环，促使微团内的组分快速混合，得以实现反应底物和产物在流体微团之间的高效传质[14]。

1.2.4多相体系

近年来，液滴微流控技术因其在单分子/单细胞分析，高通量、高效生化反应和筛选的研究中所展现出的巨大应用潜力而获得快速发展，已成为新一代微流控技术的典型代表，并逐渐发展成为新的研究领域—多相微流控（Multiphase microfluidics）技术。多相微流控技术是指利用多相微流体的物理化学特性和尺度效应，在微系统中进行多相微功能单元（微液滴、微颗粒或微气泡等）的生成、操控、反应、分析和筛选。液滴作为一种典型的多相微功能单元，可作为微型反应器，体积一般在pL级至nL级，生成速率可达1000液滴/s以上，具有限制扩散、加速混合、提高传热和传质效率等优点。此外，微通道中的液滴被其不互溶相包裹，有效降低了微通道表面对液滴内物质的吸附，减少了交叉污染。目前，液滴微流控的研究主要集中在多步骤液滴操控技术的研究以及液滴技术在高通量筛选中的应用。Kang等[15]利用液滴微流控芯片利用DNA酶传感器特异性并通过荧光信号变化监测血液中的大肠杆菌。该方法简单快速分析准确。

1.3 微流控生物被膜

1.3.1 微流控生物被膜

细菌生物被膜在常规反应器中生长很难控制。为了解决细菌形成生物被膜不可控的问题，提出将生物被膜与微流控芯片技术结合形成微流控生物被膜[16]。在微反应器中，微尺度下通道尺寸更接近与生物体内环境，微流传质更能精准的控制细胞生长环境和过程，这有效地解决了生物被膜生长不可控的问题。微流控生物被膜是指细菌粘附于接触微通道表面，分泌多糖基质、纤维蛋白、脂质蛋白等，将其自身包绕其中而形成的大量细菌聚集膜样物。