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微流控分析芯片最初在美国被称为“芯片实验室”(lab-on-a-chip),在欧洲被称为“微整合分析芯片”(micrototal analytical systems),它是微流控技术(Microfluidics)实现的主要平台,可以把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上,自动完成分析全过程。有着体积轻巧、使用样品及试剂量少,且反应速度快、可大量平行处理及可即用即弃等优点的微流控芯片,在生物、化学、医学等领域有着的巨大潜力,近年来已经发展成为一个生物、化学、医学、流体、电子、材料、机械等学科交叉的崭新研究领域。 芯片集成的单元部件越来越多,且集成的规模也归来越大,使着微流控芯片有着强大的集成性。同时可以 大量平行处理样品,具有高通量的特点,分析速度快、耗低,物耗少,污染小,分析样品所需要的试剂量仅几微升至几十个微升,被分析的物质的体积甚至在纳升级或皮升级。 廉价,安全,因此,微流控分析系统在微型化。集成化合便携化方面的优势为其在生物医学研究、药物合成筛选、环境监测与保护、卫生检疫、司法鉴定、生物试剂的检测等众多领域的应用提供了极为广阔的前景。 我国在微流控分析方面的研究虽然起步较国外晚了四到五年,但在多个相关的学科领域都具有足够的积累与优势,我国具有世界上最大的微流控芯片市场,用中国的芯片产品占领这一市场是我国科学家责无旁贷的使命。现如今在网站中搜寻“微流控芯片”,便可以找到研发生产微流控芯片的企业和相关资料,
[align=left]案例分析(一):有的芯片是正电极更热,有的芯片是负电极更热。[/align]以下为两个厂家22mil*35mil尺寸大小芯片光热分布的对比。对于该尺寸大功率正装芯片,电流在芯片中横向扩展的路径较长,导致电流聚集效应更加明显,因此必须具备合理的电极图形设计以及较好的欧姆接触特性,才能使注入电流在LED芯片的有源层中均匀分布。目前许多与大功率 LED 芯片制造相关的关键技术问题还有待解决,各芯片厂家对于问题的解决能力有高有低,使得不同家芯片的性能存在巨大差异![b]从以下两家同尺寸芯片的光热分布对比中可以看出:[/b][align=left][b][/b]1. 对比11*30mil芯片,该大尺寸大功率芯片电流密度均匀性相对较差,这也是目前大功率水平结构LED芯片发展的技术瓶颈之一。[/align][align=left]2. 金鉴通过大量测试发现,不同款的芯片,正负电极热度不同,有的芯片是正电极更热,有的芯片是负电极更热,如下图该两款芯片。电极过热会导致电极金属出现熔融,欧姆接触特性变差,降低芯片性能和可靠性。关于电极热度,大家关注的并不多,也许芯片厂也没做过那么细的研究。[/align][align=left]3. 本案例芯片A出现比较奇怪的现象:负电极更热,但发光不强,而正极区域更亮,但温度又不高。这表明此款芯片负电极附近量子效率低,电能在该处过多的转化为了热能,负电极欧姆接触可靠性弱。[/align][align=left]目前大家大多关注的是LED芯片的整体性能,如亮度、结温、电压,对于芯片光热分布、电流密度分布等方面关注过少,而失效往往是从局部薄弱处开始的,强烈建议LED芯片规格书里添加不同使用温度下的光热分布数据![b]做好光热分布来料检验,可以使LED最亮,温度最低,而成本最低,质量更可靠。[/b][/align][align=center][img=,143,112]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/06/201906161539559916_956_3158333_3.jpg!w143x112.jpg[/img] [/align][b] 案例分析(二):不同家小尺寸芯片电流密度均匀性差异大[/b][align=left][b][/b]以下为不同厂家11mil*30mil尺寸大小芯片光热分布的对比。对于该小尺寸芯片,电流在芯片中横向扩展的路径较短,理论上电流聚集效应较轻微。但是,不同厂家的工艺技术存在差别,芯片电流密度均匀性仍存在较大差异,甚至出现不同厂家芯片高低温度相差数十度![b]从以下三家同尺寸芯片的光热分布对比中可以看出:[/b][/align][align=left][b][/b]1. 芯片A发光最强,发热量最小,光热分布最均匀,说明该芯片电流密度均匀性好,量子效率高,应用在高端LED中,该款芯片是首选。[/align][align=left]2. 芯片B和芯片C均为正极区域发光发热弱,负极区域发光发热强,推断该两款芯片为电流扩展不良导致的光热分布不均。该两款芯片量子效率低,存在局部高温现象,性能和可靠性都不如芯片A。[/align][align=left]3. 不同厂家芯片微观区域高低温度可以相差数十度![/align][align=left]通过对来料芯片进行光热分布检验,可以清楚判断芯片电流密度是否均匀,是否存在局部过热,亮度和温度孰高孰低,产品性能和可靠性孰优孰劣,从而对芯片进行全面的评估,帮助客户选择最合适的芯片提供有力的数据支撑。[/align][align=left][/align][align=center][img=,690,301]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/06/201906161540136121_4915_3158333_3.jpg!w690x301.jpg[/img][/align][align=left]LED灯具无非解决两个问题,一个是光,另外一个是热,你看那庞大的研发部门无非就是研究怎样提高LED的亮度和均匀度,并降低散热成本。因此了解LED芯片的光热分布情况对提高LED灯具质量性能至关重要![/align][align=left]然而由于缺乏相应的检测经验和设备,无论是芯片厂还是封装灯具厂,都未对芯片光热分布性能做相关的检测,导致市场上出现大量光热分布不均的芯片,而这些产品有相当大的亮度提高和发热量降低等性能提高的潜力。[b]那如何采购亮度又高,热量又低的LED芯片呢?金鉴给出以下几个建议:[/b][/align][align=left][b][/b]1. LED芯片光热分布一定要均匀,不存在微观区域过暗过热的现象。[/align][align=left]用金鉴显微光热分布系统观察到芯片微观区域过暗过热,很有可能此处电流拥挤,电能过多转化为热能而不是光能,量子效率低,表明此芯片的设计还存在改进的空间。[/align][align=left]2. 用金鉴显微光热分布系统比较在灯具使用温度下芯片的亮度值和热度值。LED光源的光热性能受温度的影响较大,温度升高,芯片亮度降低发热量增加,因此脱离实际工作温度所测试的结果准确性较差,甚至毫无意义。[/align][align=left]3. 建议芯片厂LED规格书里添加不同使用温度下的光热分布数据!从源头上管控质量,做好光热分布来料检验,可以使LED最亮,温度最低,而成本最低,质量更可靠。[/align][align=left][b]为什么来料LED芯片一定要做金鉴光热分布测试?[/b][/align][align=left][b][/b]1. 目前市场上使用最多的水平结构芯片,欧姆接触电极在芯片的同一侧,电流不可避免的要横向传输,电流密度会随着电极距离的远近而发生变化,即正负电极靠近的地方,电流密度会较大,使得电流密度不均匀已成为水平结构LED固有的技术瓶颈。[/align][align=left]2. 许多与LED芯片制造相关的关键技术问题尚未完全解决,特别是大功率LED芯片的设计、制造工艺中材料的选择以及工艺参数等问题,使得电流密度均匀性存在较大的可优化空间,各家芯片(无论是水平结构还是垂直结构)在电流密度均匀性方面会存在较大的差异。[/align][align=left]3. 芯片内部产生电流聚集效应,会导致LED芯片电注入效率下降、发光不均匀、局部热量集中等不良现象,从而影响 LED芯片的性能及可靠性。[/align][align=left][b]通过金鉴光热分布测试,能清晰观察到芯片电流密度均匀性问题,更加全面的评估芯片质量,有效辨别各家芯片质量好坏。[/b][/align]
一、简介生物芯片(biochip)是指采用光导原位合成或微量点样等方法,将大量生物大分子比如核酸片段、多肽分子甚至组织切片、细胞等等生物样品有序地固化于支持物(如玻片、硅片、聚丙烯酰胺凝胶、尼龙膜等载体)的表面,组成密集二维分子排列,然后与已标记的待测生物样品中靶分子杂交,通过特定的仪器比如激光共聚焦扫描或电荷偶联摄影像机(CCD)对杂交信号的强度进行快速、并行、高效地检测分析,从而判断样品中靶分子的数量。由于常用玻片/硅片作为固相支持物,且在制备过程模拟计算机芯片的制备技术,所以称之为生物芯片技术。根据芯片上的固定的探针不同,生物芯片包括基因芯片、蛋白质芯片、细胞芯片、组织芯片,另外根据原理还有元件型微阵列芯片、通道型微阵列芯片、生物传感芯片等新型生物芯片。如果芯片上固定的是肽或蛋白,则称为肽芯片或蛋白芯片;如果芯片上固定的分子是寡核苷酸探针或DNA,就是DNA芯片。由于基因芯片(Genechip)这一专有名词已经被业界的领头羊Affymetrix公司注册专利,因而其他厂家的同类产品通常称为DNA微阵列(DNA Microarray)。这类产品是目前最重要的一种,有寡核苷酸芯片、cDNA芯片和Genomic芯片之分,包括二种模式:一是将靶DNA固定于支持物上,适合于大量不同靶DNA的分析,二是将大量探针分子固定于支持物上,适合于对同一靶DNA进行不同探针序列的分析。生物芯片技术是90年代中期以来影响最深远的重大科技进展之一,是融微电子学、生物学、物理学、化学、计算机科学为一体的高度交叉的新技术,具有重大的基础研究价值,又具有明显的产业化前景。由于用该技术可以将极其大量的探针同时固定于支持物上,所以一次可以对大量的生物分子进行检测分析,从而解决了传统核酸印迹杂交(Southern Blotting 和Northern Blotting等)技术复杂、自动化程度低、检测目的分子数量少、低通量(low through-put)等不足。而且,通过设计不同的探针阵列、使用特定的分析方法可使该技术具有多种不同的应用价值,如基因表达谱测定、突变检测、多态性分析、基因组文库作图及杂交测序(Sequencing by hybridization,SBH)等,为“后基因组计划”时期基因功能的研究及现代医学科学及医学诊断学的发展提供了强有力的工具,将会使新基因的发现、基因诊断、药物筛选、给药个性化等方面取得重大突破,为整个人类社会带来深刻广泛的变革。该技术被评为1998年度世界十大科技进展之一。二、应用领域1、基因表达水平的检测用基因芯片进行的表达水平检测可自动、快速地检测出成千上万个基因的表达情况。Schena等采用拟南芥基因组内共45个基因的cDNA微阵列(其中14个为完全序列,31个为EST),检测该植物的根、叶组织内这些基因的表达水平,用不同颜色的荧光素标记逆转录产物后分别与该微阵列杂交,经激光共聚焦显微扫描,发现该植物根和叶组织中存在26个基因的表达差异,而参与叶绿素合成的CAB1基因在叶组织较根组织表达高500倍。Schena等用人外周血淋巴细胞的cDNA文库构建一个代表1046个基因的cDNA微阵列,来检测体外培养的T细胞对热休克反应后不同基因表达的差异,发现有5个基因在处理后存在非常明显的高表达,11个基因中度表达增加和6个基因表达明显抑制。该结果还用荧光素交换标记对照和处理组及RNA印迹方法证实。在HGP完成之后,用于检测在不同生理、病理条件下的人类所有基因表达变化的基因组芯片为期不远了。2、基因诊断从正常人的基因组中分离出DNA与DNA芯片杂交就可以得出标准图谱。从病人的基因组中分离出DNA与DNA芯片杂交就可以得出病变图谱。通过比较、分析这两种图谱,就可以得出病变的DNA信息。这种基因芯片诊断技术以其快速、高效、敏感、经济、平行化、自动化等特点,将成为一项现代化诊断新技术。例如Affymetrix公司,把P53基因全长序列和已知突变的探针集成在芯片上,制成P53基因芯片,将在癌症早期诊断中发挥作用。又如,Heller等构建了96个基因的cDNA微阵,用于检测分析关节炎、风湿性关节炎(RA)相关的基因,以探讨DNA芯片在感染性疾病诊断方面的应用。现在,肝炎病毒检测诊断芯片、结核杆菌耐药性检测芯片、多种恶性肿瘤相关病毒基因芯片等一系列诊断芯片逐步开始进入市场。基因诊断是基因芯片中最具有商业化价值的应用。3、药物筛选如何分离和鉴定药的有效成份是目前中药产业和传统的西药开发遇到的重大障碍,基因芯片技术是解决这一障碍的有效手段,它能够大规模地筛选、通用性强,能够从基因水平解释药物的作用机理,即可以利用基因芯片分析用药前后机体的不同组织、器官基因表达的差异。如果再cDNA表达文库得到的肽库制作肽芯片,则可以从众多的药物成分中筛选到起作用的部分物质。还有,利用RNA、单链DNA有很大的柔性,能形成复杂的空间结构,更有利与靶分子相结合,可将核酸库中的RNA或单链DNA固定在芯片上,然后与靶蛋白孵育,形成蛋白质-RNA或蛋白质-DNA复合物,可以筛选特异的药物蛋白或核酸,因此芯片技术和RNA库的结合在药物筛选中将得到广泛应用。在寻找HIV药物中,Jellis等用组合化学合成及DNA芯片技术筛选了654536种硫代磷酸八聚核苷酸,并从中确定了具有XXG4XX样结构的抑制物,实验表明,这种筛选物对HIV感染细胞有明显阻断作用。生物芯片技术使得药物筛选,靶基因鉴别和新药测试的速度大大提高,成本大大降低。基因芯片药物筛选技术工作目前刚刚起步,美国很多制药公司已开始前期工作,即正在建立表达谱数据库,从而为药物筛选提供各种靶基因及分析手段。这一技术具有很大的潜在应用价值。4、个体化医疗临床上,同样药物的剂量对病人甲有效可能对病人乙不起作用,而对病人丙则可能有副作用。在药物疗效与副作用方面,病人的反应差异很大。这主要是由于病人遗传学上存在差异(单核苷酸多态性,SNP),导致对药物产生不同的反应。例如细胞色素P450酶与大约25%广泛使用的药物的代谢有关,如果病人该酶的基因发生突变就会对降压药异喹胍产生明显的副作用,大约5%~10%的高加索人缺乏该酶基因的活性。现已弄清楚这类基因存在广泛变异,这些变异除对药物产生不同反应外,还与易犯各种疾病如肿瘤、自身免疫病和帕金森病有关。如果利用基因芯片技术对患者先进行诊断,再开处方,就可对病人实施个体优化治疗。另一方面,在治疗中,很多同种疾病的具体病因是因人而异的,用药也应因人而异。例如乙肝有较多亚型,HBV基因的多个位点如S、P及C基因区易发生变异。若用乙肝病毒基因多态性检测芯片每隔一段时间就检测一次,这对指导用药防止乙肝病毒耐药性很有意义。又如,现用于治疗AIDS的药物主要是病毒逆转录酶RT和蛋白酶PRO的抑制剂,但在用药3~12月后常出现耐药,其原因是rt、pro基因产生一个或多个点突变。Rt基因四个常见突变位点是Asp67→Asn、Lys70→Arg、Thr215→Phe、Tyr和Lys219→Glu,四个位点均突变较单一位点突变后对药物的耐受能力成百倍增加。如将这些基因突变部位的全部序列构建为DNA芯片,则可快速地检测病人是这一个或那一个或多个基因发生突变,从而可对症下药,所以对指导治疗和预后有很大的意义。5、测序基因芯片利用固定探针与样品进行分子杂交产生的杂交图谱而排列出待测样品的序列,这种测定方法快速而具有十分诱人的前景。Mark chee等用含135000个寡核苷酸探针的阵列测定了全长为16.6kb的人线粒体基因组序列,准确率达99%。Hacia等用含有48000个寡核苷酸的高密度微阵列分析了黑猩猩和人BRCA1基因序列差异,结果发现在外显子11约3.4kb长度范围内的核酸序列同源性在98.2%到83.5%之间,提示了二者在进化上的高度相似性。据未经证实的报道,近年有一种不成熟的生物芯片在15分钟内完成了1.6万个碱基对的测定,96个这样的生物芯片的平行工作,就相当于每天1.47亿个碱基对的分析能力!