随着微电子工业的发展,微机电加工(MEMS:Micro-Electro-Mechanical Systems)技术逐渐走进人们的日常生活。以微机电加工为核心的微全分析系统:Micro-total analysis systems)逐渐兴起,并且发展迅速。在过去十年里,它在化学合成,纳米材料,生物物理,医疗检测,食品安全等领域影响越来越大。微流控芯片技术作为微全分析系统的核心技术之一,在流体操控,液滴形成与控制,生物传感,基因测序等方面应用十分广泛。微流芯片技术(也可以称为微流控芯片技术)是指通过微加工技术,将一些功能部件：微阀,微传感器,微电极,微反应池,微沟道等集成在一个硬币大小的载玻片或硅片基片上面,从而代替传统的实验室操作步骤。它具有样品用量少,通量高,易于携带,成本低,集成度高等优点。微流控芯片中的微液滴操控技术在生物微反应器,药物缓释,生物材料合成,生物传感,布尔操作等方面具有独特优势。微液滴为微反应和微量样品输送提供了一个封闭的安全环境,从而有效地避免了外界的干扰,减少了样品的耗散,并提高了混合效率和传感的速度。对液滴的产生,融合,分裂等进行操控对精确控制生物化学反应中的样品用量,反应速率和生物传感等具有重要意义。在微流控芯片中对核酸、葡萄糖、多巴胺、过氧化氢等生物分子进行检测,在病原检测、疾病治疗、临床分析、食品安全等领域具有重要意义。与普通实验室相比,微流控芯片具有小型、便携、快捷、方便等优点。怎样在微流芯片中集成微传感器,对这些生物分子进行快速及时有效的检测,一直是大家关注的焦点。而场效应晶体管具有价格低廉、响应时间短、面积小、免标记、易于集成等优点,同时能够在其表面修饰多种生物材料。将场效应晶体管集成在微流芯片中做微传感器不仅灵敏度高、传感迅速、价格低廉,而且操作简单,易于制作器件。基于以上论述,本课题论文主要集中在微流芯片中的液滴技术及其传感应用和场效应晶体管生物传感器的应用研究。本文做了以下工作：1结合实验室的已有技术,将数值模拟的方法运用在微液滴的行为分析当中。用有限元仿真方法对微液滴在T型沟道中的分裂进行仿真。用不可压缩的纳维斯托方程对其中的质量和动量传输进行描述,采用水平积函数对两相流的界面进行追踪,用多物理场耦合的方法对微量液滴的分裂过程进行仿真。并从流体阻力的角度详细阐述了微液滴的分裂的机理。2制作了双层PDMS芯片,将微气阀集成在微流控芯片中。通过改变微气阀的气压,控制液滴流过的沟道的横截面积从而改变沟道中的流体阻力。利用流体阻力的变化控制液体的流量,从而达到对流聚焦产生的微液滴在T型沟道处的分裂进行操控。这样就实现了微量液滴分裂的主动控制。3开发了一种基于微量液滴的DNA杂交技术。设计了一种Y型结构和流聚焦结构结合的芯片,制作了包裹有DNA探针和及其互补链的微液滴,对液滴中DNA的杂交进行分析。在微液滴在蛇形微沟道中流动的过程中,通过观察液滴中荧光强度的变化,得到杂化效率。4将微传感器石墨烯场效应晶体管集成在微流沟道中,在石墨烯表面修饰纳米金装载DNA探针,然后对微沟道中的互补链DNA进行捕获杂化。同时为了确认DNA的杂交,使用荧光检测的方法进行了观察。通过测试石墨烯晶体管转移特性曲线的变化进行基因检测。并用电场辅助杂交的方法提高了传感器的灵敏度,检测到了10fM的互补链DNA。5发展了石墨烯场效应晶体管的传感机理：利用石墨烯场效应晶体管对溶液中的多巴胺和过氧化氢分别进行传感,从电子迁移的角度对其传感机理进行了分析,并提出了一种分析模型。