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纳流体特征尺度介于量子力学与微流体力学研究尺度之间,将纳流体与微流体相结合,利用二者结构特征尺寸在限域内变化引起的流阻和双电层等物理特征的跃迁产生的跨尺度效应,可以实现微量进样、高倍富集、纯化、DNA快速分离等功能。其中,微纳流控芯片中的电动纳流体富集是目前关注重点之一,研究者利用各种微纳流控芯片,获得对诸多蛋白大分子的百万倍以上富集以及荷电小分子的千倍左右富集,提高了系统检测灵敏度。电动纳流体富集在免疫检测、酶促反应等方面得到应用,并有望应用于癌症早期痕量标志物检测。然而,电动纳流体富集机理的研究尚处于起步阶段,缺乏将高密度纳米结构集成到微米结构中的制作工艺,严重影响了电动纳流体富集的性能。本文针对上述问题,通过数值计算方法分析了微纳通道结构中电动纳流体富集过程,研究了电动纳流体富集相关参数对富集性能的影响,制作了不同基底材料的微纳流控芯片,实现了具有高富集倍率和良好稳定性的电动纳流体富集,主要内容如下：1)构建了适用于描述电动纳流体富集过程的Poisson-Nernst-Planck和Navier-Stokes耦合模型,采用电泳-电渗流相对通量作为衡量电动离子富集倍率的指标,分析了粘度、外加电压、微纳壁面电荷密度、给定长度内纳米通道数量、纳米通道深度对富集倍率的影响。结果表明：采用提高流体粘度、增加外加电压、增强微纳壁面电荷密度、加深纳米通道深度、提高给定长度内纳米通道数量等措施,有利于提高电泳-电渗流相对通量,从而获得高富集倍率。2)提出了一种制作集成聚丙烯酰胺凝胶玻璃微纳流控芯片的方法,利用光刻、腐蚀、热键合等微加工技术和基于聚丙烯酰胺凝胶光敏聚合反应,实现了在玻璃微米通道内集成聚丙烯酰胺凝胶纳米塞,从而获得凝胶-玻璃微纳流控芯片。研制了三种配比(丙烯酰胺单体和交联剂配比为19：1、14：1、9：1)的聚丙烯酰胺凝胶纳米塞,该凝胶孔径随着交联剂比例的增加而缩小,给定面积内孔数量从1.2个/100μm2增加到2.4个/100μm2。采用等离子体刻蚀法,在聚甲基丙基酸甲酯(poly-methylmethacrylate, PMMA)基底上制作9条阵列平面纳米沟道,结合热键合技术获得PMMA微纳流控芯片。3)利用激光诱导荧光法开展了电动纳流体富集实验,研究了给定面积内孔数量和外加电压对电动纳流体富集性能的影响。结果表明：增大给定面积内孔数量和一定范围内增加外加电压有助于提高富集倍率,10nM异硫氰酸荧光素(fluorescein isothiocyanate, FITC)的富集倍率可提升600倍,0.002ng/ml FITC标记牛血清蛋白可实现较高倍率的富集。提出了一种电化学势驱动离子富集的方法,该方法利用不同电极还原性差异产生电化学势,在没有外加电源条件下,实现微纳流控芯片中的离子富集,基于Al-Pt、Fe-Pt、 Cu-Pt电极离子富集荧光强度分别为40.2、27.1、15.0。开展了电动纳流体富集应用实验-抗体抗原免疫反应,分别采用FITC标记兔IgG和偶联磁珠羊抗兔IgG作为免疫反应的抗原和抗体,将磁珠固定于凝胶的富集端,实现富集区和免疫反应区的重合有利于免疫反应的高效进行,通过富集低浓度的抗原,提高其与抗体免疫结合的数量,使得免疫反应荧光强度提高了60%,有望改善抗原蛋白的检测限。