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微型全分析系统旨在将分析实验室中试样预处理(包括试样的过滤、浓缩、衍生、混合、反应等)、进样、混合、反应、分离、检测等一系列操作集成在平方厘米大小的芯片上完成，形成“芯片实验室”。要真正实现芯片实验室上的微全分析，对适用于不同领域的功能化微流控芯片进行设计制作、理论模拟及应用研究具有重要的意义。本文围绕功能化微流控芯片的设计制作、理论模拟及应用研究等方面，开展了以下几个方面的工作。
1．被动式微混合器PET微流控芯片的设计与制作。建立了被动式微混合功能化PET微流控芯片的设计与快速制作方法。此方法巧妙地利用了激光打印机的运行机理和计算机绘图软件设计的不同灰度，通过简单的激光打印过程，在透明胶片上形成有周期性的有序微浮雕型结构。系统研究了影响被动式微混合器结构的因素，并用光学显微镜和CCD荧光成像系统研究混合效果。实验结果发现，我们设计的灰度对微混合器的混合性能起着决定性作用，采用合适的灰度(＞50％)制作的微混合器能在小于500微米的距离内实现两相流完全混合。因此，提出的此项技术将是解决微流控全分析系统中混合问题的一种非常有效的方法。
2．微酶反应器PET微流控芯片设计制作及酶催化反应动力学研究。提出了离柱式酶反应动力学方程，此方程是在传统酶反应动力学Michaelis-Menten方程的基础上进行推导而得。利用蛋白质的非特异性吸附，在PET高聚物微芯片中，可有效地将酶固定在微管道内壁，构筑微酶反应器，制作微酶反应器PET微流控芯片。以葡萄糖氧化酶与其底物葡萄糖催化反应作为研究酶催化反应动力学研究模型，用电化学分析方法检测葡萄糖氧化酶和葡萄糖酶催化反应得到的反应产物过氧化氢，酶反应动力学参数可通过提出的离柱式酶反应动力学方程获得。得到在微体系下固定葡萄糖氧化酶的离柱酶反应动力学米氏常数为2.64 mM，比在微体系中自由葡萄糖氧化酶获得的酶反应动力学常数6.0 mM的小二倍，说明微通道中固定化的酶具有更好的催化活性。通过对构筑的微酶反应器性能的系统研究，得到以下结论：葡萄糖在构建的微酶反应器内的响应信号在0.01-5mM浓度范围内有良好的线性关系(r=0.9993)；检测限为5μM(S/N=3)；灵敏度为3.12×10-50μA mM-1cm-2。利用激光打印的PET高聚物芯片材料本身具有的疏水性和微结构，使固定在微反应器的酶在流体环境中具有良好的稳定性和生物活性，为酶反应动力学研究提供一个有效的系统分析平台。
3．电泳分离PET微流控芯片电化学检测系统用于药物分析。利用直接激光打印技术制作微流控芯片的方法制备电泳分离PET微流控芯片，并建立了一种基于这种电泳芯片的柱端电化学检测系统，实现对对乙酰氨基酚及其水解产物一对氨基酚的快速分离和测定的方法。在分离和检测系统中，集成在三微调节架上的直径为10 μm的Pt微盘电极为工作电极。系统考察了实验条件对离检测的影响。在优化条件下，对乙酰氨基酚和对氨基酚可在84 s内实现基线分离，迁移时间的RSD小于1％，峰电流的RSD小于3.6％。两种分析物的检测限为5.0 μmol L-1(S/N=3)。利用改良的电泳分离PET微流控芯片和建立分离检测方法对扑热息痛药片中痕量对氨基酚进行了分析。该方法的提出将为电泳分离PET微流控芯片在药物分析与质量监控中的应用提供理论与实践基础。
4．电泳分离PET微流控芯片中微通道表面改性研究。采用直接激光打印制作微流控芯片的技术，制作了电泳分离PET微流控芯片。利用动态涂层表面改性技术，以离子液体作为微流控芯片电泳分离缓冲液的添加剂，对电泳分离PET微流控电泳芯片中微通道表面进行改性。在优化的实验条件下，实现离子液体对电泳分离PET微流控芯片微通道表面的动态改性，能够使电渗流(EOF)在4.36x10-4 cm2V-1S-1到—4.1×10-4 cm2V-1S-1之间任意发生变化，从而扩大了电泳分离PET微流控芯片电渗驱动的应用范围，达到对电泳分离PET微流控芯片微通道电渗流(EOF)可控性操纵，为电泳分离PET微流控芯片的应用开辟了新的研究和应用领域。
5．光催化微反应器制作及其在光降解有机污染物研究中的应用。利用垂直沉降法建立了一种简易有效的在微通道中构筑微反应器的方法。以纳米TiO2粒子为光催化剂，以原位吸收光度法为检测手段，研究了有机染料罗丹明B光催化反应探针的光催化反应动力学。实验结果表明，固定在微反应器中的纳米TiO2粒子在流体环境中具有良好的稳定性和催化活性，其光催化反应速度比常规体系的快10倍以上，充分体现了微反应器的优越性，显示了光催化功能微流控分析体系在消除环境污染、水处理等领域有巨大的应用前景。