第1章  緒論 001
1.1  概述  001
1.2  微流控芯片實驗室及其發展歷史  002
1.2.1微流控芯片實驗室定義  002
1.2.2微流控芯片的發展歷史  002
1.2.3微流控芯片的發展趨勢  005
1.3  微流控芯片及基本  006
1.3.1樣品進樣  006
1.3.2微混合與微反應  006
1.3.3微驅動與微控制  006
1.3.4微檢測  007
1.4  微流控芯片的分類與特點  009
1.4.1按材質分類  009
1.4.2按傳感方式分類  009
1.5  設計軟件與加工設備  010
1.5.1設計軟件  010
1.5.2加工設備  011
1.6  微流控芯片應用  013
1.6.1生物醫學領域  013
1.6.2船舶海洋環境領域  014
1.6.3其他領域  015
習題及思考題    016
參考文獻  016

第2章  微流控芯片理論基礎 019
2.1  概述  019
2.2  流體相關理論  019
2.3  電場相關理論  020
2.3.1電動現像  020
2.3.2顆粒在水平油-水界面中電動運動  023
2.3.3油滴在空氣-水界面附近電動運動  026
2.4  濃度場相關理論  028
2.5  磁場相關理論  029
習題及思考題  031
參考文獻  032

第3章  微流控芯片材料與加工工藝 034
3.1  概述  034
3.2  微流控芯片材料  034
3.2.1硅  035
3.2.2玻璃和石英  036
3.2.3聚合物  037
3.2.4其他材料  039
3.3  微加工技術  042
3.3.1光刻  042
3.3.2表面微加工  043
3.3.3體微加工  045
3.3.4三維打印技術  047
3.3.5激光直寫技術  048
3.3.6電化學微加工  050
3.3.7其他微加工技術  051
3.4  微流控芯片制作工藝  052
3.4.1無機材料芯片制作  052
3.4.2聚合物芯片制作  054
3.4.3芯片表面改性技術  056
3.4.4芯片封裝  058
3.5  芯片制作環境  061
3.5.1超淨間工作環境  062
3.5.2超淨間潔淨度分級  063
3.5.3超淨間組成及設備  065
3.5.4超淨間應用  070
3.5.5超淨間管理制度及安全細則  071
習題及思考題  073
參考文獻  074

第4章  微流體驅動與控制技術 079
4.1  概述  079
4.2  微流體機械驅動  079
4.2.1離心式  079
4.2.2壓力式  084
4.3  微流體非機械驅動  088
4.3.1電驅動  088
4.3.2電水力驅動  091
4.3.3表面張力驅動  091
4.3.4熱驅動  092
4.4  微流體控制技術  092
4.4.1電動控制  092
4.4.2微閥控制  097
習題及思考題  102
參考文獻  102

第5章  微流控芯片中進樣與混合 106
5.1  概述  106
5.2  樣品進樣與前處理  106
5.2.1樣品進樣  106
5.2.2樣品前處理  114
5.3  微混合與微混合器  118
5.3.1微混合  118
5.3.2主動式微混合器  118
5.3.3被動式微混合器  123
5.4  微反應與微反應器  129
5.4.1微反應  129
5.4.2微化學反應器  130
5.4.3微生物反應器  139
習題與思考題  145
參考文獻  146

第6章  微流控芯片檢測技術 151
6.1  概述  151
6.2  光學檢測  151
6.2.1激光誘導熒光檢測  151
6.2.2紫外吸收光度檢測  156
6.2.3等離子體光譜檢測  158
6.2.4化學發光檢測  160
6.3  電學檢測  166
6.3.1電阻檢測  166
6.3.2電容檢測  169
6.3.3電感檢測  172
6.3.4聯合檢測  175
6.4  電化學檢測  180
6.4.1電流檢測  180
6.4.2電導檢測  182
6.4.3電位檢測  183
6.5  其他檢測  184
6.5.1質譜檢測  184
6.5.2熱透鏡檢測  186
習題及思考題  188
參考文獻  188

第7章  數字微流控技術 194
7.1  概述  194
7.2  表面潤濕與接觸角  195
7.2.1表面潤濕  195
7.2.2接觸角  196
7.3  表面張力與介電潤濕  199
7.3.1表面張力及其調控  199
7.3.2介電潤濕  201
7.4  數字微流控液滴操控  203
7.4.1微液滴生成機理  204
7.4.2微液滴合並與分裂  204
7.4.3微液滴運輸  206
習題及思考題  207
參考文獻  207

第8章  微流控芯片在生物醫學領域的應用 210
8.1  概述  210
8.2  細胞芯片  210
8.2.1細胞培養  211
8.2.2細胞操控  215
8.2.3細胞裂解  218
8.2.4細胞刺激  221
8.2.5細胞分析  223
8.2.6單細胞研究  226
8.3  器官芯片  228
8.3.1器官芯片的發展  228
8.3.2肺芯片  229
8.3.3肝髒芯片  231
8.3.4腎髒芯片  231
8.3.5腦芯片  233
8.3.6其他器官芯片  235
8.4  微生物芯片  237
8.4.1微生物芯片的發展  237
8.4.2微流控芯片上微生物研究方法  237
8.4.3微流控芯片上微生物毒性耐藥性測試  240
8.4.4微流控芯片微生物燃料電池  241
8.4.5其他應用  242
8.5  疾病診斷芯片  243
8.5.1免疫診斷  244
8.5.2分子診斷  245
8.5.3商業化的診斷繫統  246
習題及思考題  250
參考文獻  250

第9章  微流控芯片在船舶、海洋和其他領域的應用 258
9.1  概述  258
9.2  船舶壓載水檢測  258
9.2.1微藻檢測  259
9.2.2細菌檢測  264
9.3  船舶油液污染物檢測  267
9.4  船舶油污水檢測  271
9.5  海洋微塑料檢測  272
9.6  海洋重金屬離子檢測  276
9.7  其他應用  284
9.7.1化學及藥物合成  284
9.7.2食品安全分析  286
習題及思考題  291
參考文獻  291

分析檢測技術是科學技術領域最重要的組成部分之一，對推動全球科技創新和經濟發展起到了至關重要的作用。世界各國現代化步伐的加快，對檢測技術的要求也越來越高，發展先進的分析檢測技術與設備已經成為全球生命科學領域和高新技術領域的競爭熱點。在以生命科學為主導的當今時代，隨著科學技術的發展，生命科學領域已經湧現出大量先進技術，以服務人類生命健康事業，微流控技術便是其中之一。微流控技術又被稱為芯片實驗室（lab on a chip）或微流控芯片（microfluidic chip），是以物理化學和分析化學為基礎，納米技術和微機械為依托，並隨著生物化學、生物醫學工程而興起的一門多學科交叉融合的學科。
作為一類新興的集成化技術平臺，微流控芯片憑借其內部集成的微通道、微反應器、微泵、微閥等各類功能性微納米，能夠自動實現樣品前處理、反應、富集、標記、檢測和分離等多個反應操作。它能夠將一整個醫學或生物實驗室濃縮集成到一塊數平方釐米的芯片上，實現了小型化、集成化、自動化的分析檢測要求。目前，微流控技術已廣泛應用於環境檢測、食品安全、藥物篩選、疾病診斷、生命健康和石油化工等方面。
本書在編寫過程中，在遵循基礎環境化學實驗的前提下，重點關注了如下幾個方面：一、微流控芯片的理論基礎；二、微流控芯片的加工工藝與控制檢測技術；三、微流控芯片的最新發展成果與應用。具體來講，本書編寫過程從微流控芯片相關科學研究的關注點著手，以培養學生創新研究和解決復雜工程問題的能力為目標，在傳統基礎實驗基礎上編入了一些最新的前沿研究資料，注意反饋當今所關注的環境問題的最新進展。本書主要涉及微流控芯片材料與加工工藝、微流體驅動與控制技術、微流控芯片中進樣與混合、微流控芯片檢測技術、數字微流控技術等方面的關鍵實驗技術。此外，本書特別考慮融入了船舶海洋背景高校的特色。本書注重學生今後在研究實踐和生產實際中實驗技術的培養，並關注微流控芯片應用領域最新研究成果的介紹，旨在適應微流控芯片的發展趨勢和高等學校光電信息科學與工程、機械工程、材料科學、環境工程等相關專業的教學需要。
本書是對編著者近年來開展環境化學實驗教學過程的相關總結，是編著者及相關研究生的集體智慧和辛勤工作的成果。全書具體分工如下：第1章由王俊生、王艷娟編著，第2章由王成法、王艷娟編著，第3章由趙凱編著，第4章由李夢琪編著，第5章由王成法、馮巧宇編著，第6章由劉志堅編著，第7章由趙凱編著，第8章由彭冉編著，第9章由王俊生、符策、王月竹、丁格格編著。一稿完成後，相互校對，最後由趙凱、王艷娟統稿並定稿。
本書的編寫受到大連海事大學研究生教材出版研究項目（編號：YJC2022009）、大連海事大學研究生教育教學改革項目（編號：YJG2021505）的資助。此外，本書在編寫過程中廣泛借鋻參考了已出版的有關教材、專著和文獻，在此謹向有關作者表示誠摯的謝意。
由於編著者研究領域和學識所限，書中難免有不足之處，懇請廣大讀者不吝賜教，我們將在今後工作中不斷改進。

編著者