微流控芯片利用微通道实现微小流体的操纵,具有体积小、反应速度快、集成度高等优势,这种优势给研究和应用带来了新的进步,却也存在由物质含量少带来的过程监测难题。针对微流控芯片中物质变化过程在原位、实时、无损监测上的需求,本论文提出利用光流控技术对反应过程进行实时、无损检测,并以生物矿化这样的复杂反应系统为检测对象,对其变化过程的4个重要阶段:超饱和、非晶态、成核及生长等过程实现监测。主要的研究工作包括:①针对成核过程的监测,利用高通量技术对碳酸钙结晶的成核速率进行统计学分析。设计了一款高通量微流控芯片,保证了足够多的样本空间,其三层夹心结构和储水层的设计保证了液滴体积和饱和度的稳定。最后,利用此装置测定了碳酸钙的成核速率,并与有Mg2+做调控剂时的成核速率进行了对比研究。②针对超饱和过程和成核生长中离子浓度的变化,利用半开放式芯片和荧光探针实现结晶生长过程的离子浓度变化追踪。将设计的半开放式微流控芯片与荧光探针结合,建立起荧光强度与对应p H值的标准曲线。最后,利用巴氏芽孢杆菌矿化过程验证了此方法的适用性,并建立了不同细菌浓度下溶液p H变化与结晶生长速度的关系。③针对非晶态纳米颗粒到稳定晶型的转化过程,利用同步辐射X射线进行生物矿化过程纳米颗粒的演化追踪。搭建了一套适用于同步辐射的微流控装置,解决了其外部反应控制、原位检测、复杂微通道制备以及高吸收信号抑制等难点。最后,应用该装置对碳酸钙结晶初期纳米颗粒进行原位小角和广角散射的联合监测,对比了添加剂在无定型碳酸钙稳定中的作用。上述基于光学成像、荧光和同步辐射X射线与新型微流控芯片结合的光流控技术在生物矿化过程监测方面,满足了芯片上物质变化过程检测的要求,相较于传统的检测手段,具有实时、原位、无损检测的优势。不仅是矿化过程,大多数材料合成时都有超饱和、成核、生长和晶型转化等过程,所以,本论文开发的方法有望为更多微反应过程监测所采用。