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微流控技术是一种在微米尺度上控制流体的技术,能够把样本检测的多个步骤集中在一个小小的芯片上,并通过多流道使样品分流到多个独立的反应单元,实现高效率,高通量的样品检测,具有小型化、自动化、用量少和污染小的特点。液滴微流控技术是微流控技术研究的重要部分,它兼具液滴技术和传统微流控技术特点,避免了连续流体融合的困难性和芯片结构的复杂性。同时,它具有操纵灵活、分析速度快和单分散性好的特点,为生物和医学研究搭建了一个全新平台,尤其适合于DNA和蛋白质等生物大分子的分析检测。本文研制了一个基于微流控打印技术的液滴生物反应平台,可以高通量产生可寻址、大小可控的微液滴阵列,并通过将生物大分子分散在所生成的液滴阵列中,研究了微小体积中不同生物大分子的检测技术。具体研究内容如下:(1)研制了一个基于微流控冲击打印技术的生物反应平台,包括生物液滴的生成装置,生物液滴反应的温度控制装置,生物液滴的检测装置。提出了液滴生成方法和多体积打印方法,展示了打印效果并且验证了液滴产生的均一性;从液滴反应防蒸发、不同材料液滴接触角和不同基底材料等应用参数进行了液滴反应条件的探索;提出荧光法和比色法实现阵列式液滴中生物大分子的检测,具有集成性高、消耗试剂量小和应用范围广的特点。(2)提出了一种基于微流控冲击打印的液滴数字PCR技术(MIP-ddPCR)。利用微流控冲击打印技术在表面改性的石英基底上产生了包含DNA的纳升液滴阵列,经过平板热循环仪的扩增和扫描荧光显微镜计数完成了特殊基因的绝对测量,是一种实验室条件下的低成本,无污染的基因检测技术。此外,多体积液滴数字PCR技术可以通过原位打印方法实现,从而扩大了检测的浓度调节裕度。实验中,我们通过检测GAPDH基因的一系列浓度梯度来验证MIP-ddPCR技术在四个数量级上的测量准确性,并将其应用于检测结肠癌样本中靶向基因的表达水平,显示了该方法检测临床样本中的潜力。(3)开发了一种快速液滴生成用于进行生物大分子检测的方法。该方法利用可复用的双面胶掩膜和等离子体处理在PMMA材料形成亲疏水表面,从而形成大规模液滴阵列。该方法可以通过调节基底上润湿性图案的大小很好地控制液滴的体积。实验中,我们验证了经等离子体处理的PMMA基底的生物相容性。同时,结合微流控冲击打印技术,完成了不同浓度人血清白蛋白的检测和大肠杆菌中绿色荧光蛋白的诱导表达。这证明了该液滴阵列作为一个更方便和更经济的生化分析检测平台的应用潜力。综上所述,我们利用微流控冲击打印技术研制了一个生物反应平台,能够产生可寻址,体积可控的微液滴阵列,适合于多种生物大分子检测。在具体的应用中我们实现了基于微流控冲击打印技术的液滴数字PCR方法,仅需要一个微流控打印设备和实验室常见的PCR扩增仪和荧光显微镜就能完成基因的绝对测量,特别适合于实验室条件下的特殊生物靶标的检测。同时,我们通过结合微流控冲击打印技术和自分离液滴阵列,完成了不同浓度人血清白蛋白等生物样品的定量检测,具有消耗试剂量少、检测速度快和检测范围广的特点,作为一种新的生化分析检测平台具有极大的应用潜力。