表 6.1  速度参数与实际运动速度对应关系 35

1. 绪论

1.1. 生物芯片点样技术

1.1.1. 生物芯片

生物芯片(biochip或bioarray)，最早是于1996年由美国Affymetrix公司为实现药物筛选以及实验室试验所开发的。因为它属于高通量DNA分析技术的一种，所以又称为基因芯片（gene chip）、DNA芯片（DNA chip）[1-3]。生物芯片是生物基因组分析的有力工具，在实验中，它给出基因组的全局视图，是一种微型化、自动化、低成本、高度并行的技术。目前，已有不少国家和地区在生物芯片技术方面取得了重大的突破，生物芯片正在显示出强大的生命力。

1.1.2. 生物芯片点样技术

生物芯片技术起步于20世纪90年代，是一种综合了分子生物学、计算机科学、半导体微电子技术等技术的多学科交叉融合技术[1-3]，在众多领域均有广泛应用。由于其制备方法模拟了计算机芯片的制备，且多通采用尼龙胶、玻片等作为固相支架，故称之为生物芯片技术。

根据制作过程的不同，生物芯片可分为密度较低或密度中等的合成点样芯片和密度较高的原位合成芯片两大类。对于在临床疾病诊断和治疗以及司法鉴定、食品卫生等方面的应用[4-6]，一般要求简便快速、节约成本、操作方便、结果可靠，此时，采用合成点样法制备的中、低密度芯片最为合适。

中、低密度微点样方式主要有接触点样(Contact printing)和非接触喷点(Non-contact ink-jet printing)两类。其中非接触喷点方式不仅定位精确，而且重现性很好，使得这种方式成为点样技术的主阵地。按驱动方式的差异，现有的非接触点样技术大致有下面几类：通过压电陶瓷片改变液体腔容积的容积式压电驱动技术；通过控制气压的气压驱动技术；通过静电力驱动液滴喷射的静电驱动技术以及热空气驱动技术等。

压电陶瓷的逆压电效应是压电驱动技术的关键,当陶瓷晶体被施加交变电场时，陶瓷晶体便会产生机械形变。除此之外，容积式压电驱动技术[7]的另一关键所在是其液体腔结构。外加电场时，在逆压电效应的作用下，压电陶瓷片由于发生了机械形变，液体腔的体积也随之变化，此时在沿喷嘴方向就会产生一个正压力波，这样便足以克服喷孔内壁黏附力以及表面张力，喷嘴内液体便可以喷出。但是，当喷嘴内的液体黏度过大时，喷嘴内液体就难以喷射，所以，液体的物理性质也是需要考虑的因素。虽然此时可以进行加热处理以降低液体黏度，但是此方法不适于热敏感样品的点样，因为加热会造成其变性。另外，容积式压电陶瓷驱动技术的微喷嘴是以MEMS技术[8]制得的，这样成本问题也成为了一个不得不考虑的重要因素。

与容积式压电驱动技术相比，气压驱动技术具有易于操作、制备工艺简便   等优点，但存在着如下缺点：

（1）集成困难；

（2）外接驱动设备庞大；

（3）气压难以精确控制，且喷射过程中会产生负压，在微喷头内产生气泡。

以上三点，均会对喷射质量造成影响。当前主要的气压驱动技术的代表有Peter Koltay等提出的高集成度的纳升分配系统的样品分配装置以及Jens Ducree等提出的TopSpotTM技术。

静电驱动技术类似于容积式压电陶瓷驱动技术，在静电力的作用下，液体腔膜片产生形变，从而驱动液滴喷射。但是，静电驱动装置的制造装配工艺同样比较复杂。

热空气驱动技术[9]制作工艺复杂，存在着长期发热导致生物样品活性降低甚至变性的问题，虽然已经在打印技术中加以应用，但在生物领域方面的应用前景也因此受到了限制。  单片机生物芯片点样仪的控制系统设计(3):http://www.751com.cn/zidonghua/lunwen_43535.html