微流控技术凭借着试剂消耗量小、高度集成化与微型化、价格低廉、流体可控性强、分析速度快以及生物兼容性好等优势,在学术界和产业界呈井喷式发展,并被广泛应用于医疗诊断、环境监控以及食品安全检验等重要领域。微流控技术的核心是流体调控,即通过不同的调控方式完成流体的进样、反应、分离以及分析等操作,实现多种基本功能单元的集成。常见的微流体调控方式包括光、电、声、磁、压力、重力以及毛细作用等。然而,传统的调控方式通常需要借助外接驱动设备实现精准的流体调控,对操作环境和使用人员有较高的要求,缺乏一定的普适性,从而限制了微流控芯片在实际生活中的广泛应用。基于以上问题,本文发展了多种操作简单、用户友好的微流体调控方式,并实现其在生物分析中的应用,主要开展了以下工作。(1)基于毛细作用调控的核酸适体水凝胶-纸基微流控装置提出核酸适体水凝胶-纸芯片联用策略,建立基于毛细作用调控的水凝胶-纸芯片集成平台,实现对靶标小分子的便携式可视化检测。以包埋信号放大物的核酸适体水凝胶作为靶标识别基底,以纸芯片作为信号转导、放大及输出的载体,设计了毛细管引流装置,将水凝胶与纸芯片集成,利用显色反应实现对靶标的可视化检测。设计了多通路平行检测区以同时实现多个样品的加样即测。该平台结合了核酸适体水凝胶与纸芯片的特点,具有成本低、用户友好、便携化等优势,有望应用于移动医疗、健康检测、环境监测等领域。(2)基于重力和毛细作用调控的距离传感折叠纸芯片提出“一步法”酶的级联放大策略,建立基于重力和毛细作用双重调控的距离传感折叠纸芯片平台,实现对小分子和蛋白的检测。以功能化微球作为靶标识别基底,基于“一步法”的酶的级联作用完成信号转导与放大,采用基于距离的信号输出方式,并结合折叠、翻转等操作,使用重力与毛细作用调控流体,最终实现纸芯片上的一体化分析。在小分子检测体系中,提出了一种基于尺寸差异的探针分离方法。利用小分子特异性识别核酸适体,置换出功能化微球表面的探针,并通过折叠、翻转纸芯片等操作完成探针的转移,从而实现集成化分析。该方法只需要少量的样品(20μL),即可在30min内得到可视化结果。在蛋白质检测体系中,引入ELISA信号放大方法,初步证明了平台检测蛋白质的可行性。通过建立距离信号和靶标浓度的关系,实现对待测物的可视化定量检测。该平台不需要借助任何软件分析,避免了用户主观判断差异对检测结果带来的影响,同时无需任何芯片外的试剂转移等操作,真正实现了“加样即测”。此外,该平台充分结合了纸芯片和基于距离传感信号输出方法的优点,为发展快速、可视化即时检测平台提供了新思路。(3)基于流阻差异调控的单微粒移液器提出基于流阻差异调控的策略,发展了手持式单微粒移液器,实现快速、简单的单微粒捕获。摆脱传统的依赖微泵提供压力的方式,采用简单的手动控制注射器产生流阻差异的调控方法,分别以微球和细胞为模型,证明了发展的手持式单微粒移液器具有捕获效率高、稳定性好、用户友好、批次差异小、可循环使用次数多等优势。此外,还发展了多通路移液器,提高单微粒捕获的通量。该移液器操作简单,工作稳定,对稀有样品的捕获效率高,有望应用于单细胞分析等领域。(4)基于手持式单微粒移液器的单细胞转录组测序方法发展了一种基于手持式单微粒移液器的单细胞转录组测序方法,实现高效的细胞编码,并简化单细胞测序样品制备的操作,降低了技术门槛。利用手持式单微粒移液器制备含有单个编码微球的96孔板,并结合荧光激活流式分选进行单细胞的分离,实现高效的单细胞编码。本方法不需要借助任何泵等外接操控设备,仅利用手持式移液器即可实现对流体的操控、单微球的分配,极大降低了单微球分离的成本。同时,通过和流式的直接结合,简化了一系列收集、转移、前处理样品等流程,最大程度保护了样品的真实信息。最后,当细胞样本数量稀少无法满足荧光激活流式分选的要求时,还可以利用该单微粒移液器捕获细胞,制备稀有细胞的测序样品。该方法提供了一种技术门槛低、成本低、灵活度高的单细胞转录组测序平台。