微流控技术因其低成本、便携、高通量的特点一直是学术和商业领域研究的热点,近年来,随着人们对医疗水平的要求的提高,微流控技术的应用变得愈发广泛。微流控技术是将生化检测分析流程集成在微米尺度大小的芯片上,自动的完成检测分析流程的技术。目前,微流控技术已经广泛的应用在核酸提取、聚合酶链式反应(PCR)、酶联免疫吸附(ELISA)以及病毒、水质的检测等等。然而传统的微流控技术因为驱动液体方式复杂、难以集成复杂应用、操控方式困难等固有的缺点,正在面临着挑战。为了解决这些问题,微流控技术的重要分支——离心力微流控技术提供了一个简便的解决方案。离心力微流控技术是利用电机旋转产生的离心力作为液体的驱动力,将生化检测分析流程集成在一个光盘大小的圆盘上的技术,因为驱动方式简单、成本低廉、集成度高等特点在学术领域和工业领域得到越来越多的关注和应用。但现有的离心力微流控平台以及芯片仅仅依靠离心力的作用进行工作,使得液体操控较为复杂,芯片结构层级受到严重的限制,难以集成复杂的生物医疗医用。为了解决这些问题,本文基于现有的离心力微流控技术,在离心力微流控平台上集成了无线供电模块和无线通信模块,将电引入了平台,搭建了有源离心力微流控平台。另外,基于搭建的有源平台,设计了有源多层离心力微流控芯片,创造性的将微流控结构层和电路板(PCB)通过加热电阻加热石蜡阀的方式耦合在了一起,实现了无线实时操控液体的目的。基于这些技术,本文成功的在有源离心力微流控芯片上集成了完整的DNA提取流程,实现了从“样品到结果”的过程。本文搭建的有源离心力微流控平台包括电机、驱动模块、无线通信模块、无线供电模块、旋转平台上的主控层以及手机终端等,不但为旋转平台上集成电子器件以及微流控芯片内集成电子器件提供了一个简单方便的解决方案,而且通过主控层内的无线通信芯片和单片机实现了对旋转平台上电子器件的无线实时的控制。本文设计的有源多层离心力微流控芯片包括微流控结构层和PCB层,两层之间通过热的形式进行耦合,其中PCB层中集成了加热电阻,与微流控结构层中集成的有源微阀——石蜡阀一一对应。通过对加热电阻的开关控制来控制石蜡阀的开关,从而将PCB层中的数字逻辑引入到微流控结构层中液体的流动逻辑之中,实现了实时控制的精准可靠的操控。这种设计方式使得阀门不受表面张力条件和转速特性的限制,降低了应用的设计难度,并且这种方式使得液体流动的逻辑和时间序列可以不受层级的限制,可以满足需要大量阀门的生物医疗应用场景,大大扩展了芯片的集成能力。PCB层可进一步的分为被控PCB层和主控层,主控层固定在旋转轴上,两者之间通过插针相连接,其中被控PCB层与微流控结构层相结合,构成了成了可更换的一次性有源多层芯片。另外,基于这些技术,我们结合可无线实时操控的石蜡阀,设计了多种通用功能单元,包括液体分路结构及液体时序加载结构,相比于现有方式更加的可靠、稳定、简单。本文在芯片上集成了完整的DNA提取流程,并且进行了三组对照实验,对提取到的DNA的纯度和数量进行了详细的对比和分析。3组实验中,A260/A280的比值均在1.8—2.0之间,相差不超过3%,表明DNA纯度很高,并且3组实验中,采用芯片方式提取到的DNA的数量皆高于采用传统方式的,最大差4.5%,这证明了采用芯片提取DNA的方式是十分有效的。为了进一步的证明DNA的活性,本文还进行了实时定量聚合酶链式反应(PCR)实验进行验证,实验结果证明采用芯片提取到的DNA活性完全满足DNA扩增的要求。本文设计的有源多层离心力微流控芯片,利用插针固定在有源离心力微流控平台上,通过加热电阻加热石蜡阀的形式,解决了现有芯片结构设计复杂、液体操控困难以及现有石蜡阀操控复杂、加工困难的缺点,第一次将数字逻辑引入到了液体流动逻辑的操控之中,实现了对芯片中液体开关无线实时的操控,为大规模石蜡阀和复杂的应用在芯片内的集成提供了解决方案。另外,本文还在芯片上集成了完整的DNA提取流程,展示了该芯片在生物医疗应用中巨大的应用前景。