Microfluidics and Biomems Applications pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Tay, Francis E. H. (EDT)

出品人:

页数:300

译者:

出版时间:

价格:1845.00 元

装帧:HRD

isbn号码:9781402072376

丛书系列:

图书标签:

• Microfluidics
• BioMEMS
• Lab-on-a-Chip
• Biotechnology
• Microbiology
• Biomedical Engineering
• Diagnostics
• Sensors
• Fluid Mechanics
• Nanotechnology

《微流控与生物微机电系统应用》 核心内容概览 《微流控与生物微机电系统应用》一书深度剖析了微流控技术与生物微机电系统（BioMEMS）前沿研究及其在生命科学、医学诊断、药物研发、环境监测乃至工业制造等诸多领域的创新应用。本书旨在为读者提供一个全面、系统且极具实践指导意义的知识体系，涵盖了从基础理论到前沿技术的演进，再到具体应用的落地过程。 第一部分：微流控技术基础与核心原理 本部分奠定了读者理解后续复杂应用的坚实基础，深入阐述了微流控领域的核心概念和关键技术。 微流控的定义、发展历程与重要性： 详细介绍了微流控技术是如何从最初的微通道操控液体发展至今，为何它在微观尺度下进行流体控制具有不可替代的优势。我们将探讨微流控芯片的尺寸效应、表面效应以及它们如何影响流体行为，例如层流、扩散、对流混合等。同时，强调了其在降低试剂消耗、提高反应效率、实现高通量分析等方面的战略性意义。 微纳尺度流体动力学： 深入探讨在微米级甚至纳米级尺度下，流体行为与宏观尺度存在显著差异。我们将详细讲解雷诺数、帕克数等关键参数的物理意义，以及它们如何决定流体在微通道中的流动模式。重点分析了扩散、对流、表面张力、毛细作用等在微流控系统中的主导作用，以及如何利用这些效应实现精确的流体操控和物质输运。 微通道设计与制造技术： 详细介绍设计微流控芯片时需要考虑的关键因素，包括通道的几何形状、尺寸、拓扑结构以及如何影响流体混合、分离和反应效率。在此基础上，全面梳理了主流的微通道制造技术，包括光刻（photolithography）、微注塑（microinjection molding）、微挤压（microextrusion）、激光烧蚀（laser ablation）、3D打印（3D printing）等。对每种技术的原理、优缺点、适用材料以及精度进行了详细的比较和分析，为读者在实际制造过程中提供指导。 流体驱动与控制技术： 探讨实现微通道内流体精确输运和控制的多种方法。这包括外部驱动方式，如压力驱动（恒定压力源、蠕动泵）、电驱动（电渗流、电浸润、电毛细作用、介电电泳）以及机械驱动（微型泵、微型阀）。同时，也介绍了集成式驱动方式，如热驱动、磁驱动等。对各种驱动方式的原理、控制精度、响应速度、功耗以及适用场景进行了深入的阐述，为系统集成提供了重要的技术参考。 微流控芯片上的集成组件： 详细介绍了如何在微流控芯片上实现更加复杂的功能，如集成传感器（电化学、光学、声学）、执行器（微阀、微泵）、加热器、冷却器、混合器、分离器（如基于电泳、离心力、过滤或吸附的集成组件）等。分析了这些组件的设计原理、集成挑战以及如何协同工作以实现自动化和高效的样品处理与分析。 第二部分：生物微机电系统（BioMEMS）的核心概念与技术 本部分将视角拓展到 BioMEMS，深入研究如何将微机电系统与生物过程相结合，创造出强大的生物分析和治疗工具。 BioMEMS的定义、发展与挑战： 阐述 BioMEMS 作为微电子机械系统（MEMS）在生物领域的延伸，如何利用微纳加工技术制造生物传感器、微流控器件、微执行器等，以实现对生物样本的高效处理、检测和操纵。重点讨论 BioMEMS 在生物相容性、集成度、灵敏度、特异性以及大规模制造方面面临的关键挑战。 生物兼容性材料与表面改性： 详细介绍了适用于 BioMEMS 的生物兼容性材料，如聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚碳酸酯（PC）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、玻璃、陶瓷以及各种金属和半导体材料。深入探讨了材料选择对器件性能和生物反应的影响。同时，重点阐述了各种表面改性技术，如亲水/疏水处理、共价键合、物理吸附、生物分子固定化（抗体、DNA、酶等），以提高生物分子的结合效率、稳定性和降低非特异性吸附，从而提升器件的生物传感性能。 生物传感器设计与集成： 深入探讨了不同类型的生物传感器在 BioMEMS 平台上的设计与实现。这包括基于电化学、光学（荧光、比色、表面等离子共振）、声学（石英晶体微天平）、压电效应等原理的传感器。详细解析了生物识别元件（如抗体、核酸、酶、细胞）与信号转换器的集成策略，以及如何优化传感器设计以提高灵敏度、选择性、检测速度和稳定性。 微流控与 BioMEMS 的交叉融合： 重点分析微流控技术与 BioMEMS 器件的协同作用。例如，如何将微流控通道与微电极阵列集成，实现高通量的电化学免疫分析；如何利用微流控技术将细胞分选和培养单元集成到 BioMEMS 平台，实现体外诊断和药物筛选。探讨了微流控在样品预处理、试剂输运、反应控制以及 BioMEMS 器件的自动化操作中的关键作用。 第三部分：微流控与 BioMEMS 的前沿应用探索 本部分将理论与技术转化为实际应用，详细展示了微流控与 BioMEMS 在各个领域的突破性进展。 疾病诊断与生物标记物检测： 详细阐述了如何利用微流控与 BioMEMS 技术构建微型化的即时检测（POCT）平台，实现对血液、尿液、唾液等体液中关键生物标记物（如蛋白质、核酸、小分子）的高灵敏度、高特异性检测。重点介绍在传染病诊断、癌症早期筛查、心脏病标志物检测、血糖监测等方面的应用实例。分析了微流控在样本处理（细胞分离、核酸提取）、试剂储存与释放、反应集成以及信号检测等方面的优势。 药物研发与筛选： 深入探讨微流控与 BioMEMS 如何加速药物研发过程。例如，在药物毒性评估（微生理系统）、药物递送研究（细胞模型）、高通量药物筛选（基于细胞的筛选平台）、药物溶解度测试等方面，微流控技术能够显著提高实验效率、降低成本并实现更接近体内生理环境的模拟。重点介绍“器官芯片”（Organ-on-a-Chip）的最新进展及其在药物研发中的应用。 细胞培养、分选与操纵： 详细介绍了微流控技术在先进细胞培养和操纵方面的创新应用。这包括构建微型细胞培养装置，模拟体内三维微环境，促进细胞生长和分化；利用微流控技术实现对单个细胞或特定细胞群体的精确分选（如基于细胞大小、表面标记物、电学特性），用于基因组学、蛋白质组学研究或疾病诊断；以及微流控驱动的细胞注射、单细胞基因组学分析等。 基因组学与蛋白质组学研究： 阐述了微流控与 BioMEMS 在高通量基因测序、单细胞基因组学、蛋白质分离与鉴定等领域的应用。例如，微流控芯片如何实现基因扩增（PCR）、核酸分离、文库构建等步骤的集成化和自动化，加速基因组学研究。在蛋白质组学方面，如何利用微流控技术实现蛋白质提取、分离、定量和鉴定，从而深入理解蛋白质的功能与调控。 环境监测与食品安全： 介绍了微流控与 BioMEMS 在环境污染物检测（如重金属、农药残留、微生物）、水质分析、空气质量监测以及食品安全检测（如病原体、过敏原、添加剂）方面的应用。重点分析了微流控平台如何在现场（point-of-need）快速、准确地进行样品采集、预处理、检测和结果反馈，为环境保护和公共健康提供有力支持。 其他新兴应用领域： 探讨了微流控与 BioMEMS 在更广泛领域内的潜在应用，包括微型机器人、生物制造、组织工程、农业科学（如种子筛选、病虫害检测）等。展示了该技术跨学科融合的巨大潜力，以及其在未来科技发展中的关键作用。 结论与展望 本书在详细论述微流控与 BioMEMS 的基础理论、核心技术和广泛应用的同时，还对其未来的发展趋势进行了深入的展望。我们将分析该领域在自动化、智能化、集成化、低成本化以及生物可降解材料应用等方面的发展方向。通过对前沿研究成果的梳理和对未来应用场景的描绘，本书旨在激发读者在微流控与 BioMEMS 领域的创新思维，为推动相关学科的进步和技术应用贡献力量。本书适合生命科学、医学、工程学、化学、材料学等多个领域的科研人员、工程师、研究生以及对该领域感兴趣的专业人士阅读。

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