分子層面的微流控芯片分析化學實驗室單元操作主要包括進樣、樣品處理、混合、反應及分離等。

在使用芯片平臺處理樣品時，需要將樣品導入到芯片的樣品處理通道或通道網絡中，這一步驟通常稱為進樣。進樣通常又可以分為上樣和取樣兩步。晶片實驗室處理的對象是流體，液體進樣是芯片進樣的主流，在實際操作過程中主要有3種情況：進樣通道、進樣液滴引入、進樣液滴引入等。將區段進樣分為單通道輔助進樣、多通道輔助進樣及激光輔助進樣。研究人員對上述各種不同的進樣方法進行了大量的研究，并在此基礎上研制了一類新的靜壓進樣方。

該方法包括簡單靜壓進樣、靜壓門進樣、旁通法輔助進樣。在傳統的抽壓式電動進樣過程中，靜壓進樣是以芯片上樣品池與樣本池之間的液面高度差所產生的靜壓作為上樣驅動力。單純靜壓進樣的基本原理是將一定體積的溶液注入到樣品池中，樣品池中由于靜壓作用，樣品池中的樣品由于靜壓的作用，自流到樣品池中，當樣品在十字交叉處充滿樣品后實施取樣，即在緩沖液池與緩沖液廢液池之間施加電場，使儲存在十字路口的樣品進入分離通道。其中，靜壓門進樣與電動門進樣中的“門”的概念相同，即從緩沖液池到樣品池的緩沖液流，通過控制電場控制門的開啟和關閉。旁路輔助靜壓進樣[25]是在原十字通道的基礎上增加一條旁路，該旁路平行且非常靠近分離通道，其距離在幾微米到幾十微米之間。分選原理如圖1所示，樣品可通過旁路輔助進樣。

區域帶狀實施較精細調整。該方法不需要機械泵，因而也不存在傳統壓力電動進樣的泵片接口問題，因而使壓力電進樣得以推廣應用。靜壓進樣一般僅在分離通道兩端各增加一個電極(除了靜壓門門進樣除外)，而不需要切換電壓，在應用于微流控陣列芯片時，其所需電極數量大大減少，從而簡化了陣列的溶液驅動和控制系統。

此外，研究人員還改進了靜壓進樣技術，將其用于DNA的芯片電泳分離。

通常情況下，樣品通常要先進行預處理，然后再引入其他操作單元。這種預處理過程被移植到晶片上，使得晶片能夠直接對真實樣品進行處理。減少樣品消耗是實現芯片實驗室實用化、產業化的必要條件。當然，在引入樣品之前，這種移植將會考慮到這些操作。晶片樣品的預處理操作通常涉及到多種試劑、多步、復雜的微通道網絡，而芯片樣品預處理單元同時與外部樣品源和隨后的樣品處理單元相結合。所以，芯片樣品的預處理具有技術含量高、操作難度大等特點，而其中蘊藏著大量的技術增長點，是目前芯片實驗室研究的重要組成部分和持續熱點之一。常用的芯片預處理操作有萃取、過濾、膜分離、等速電泳、場放大堆積等，其中固相萃取富集倍數有時達到103，且在芯片上容易實現，是芯片平臺上最重要的樣品處理技術之一。

研究人員在將這幾種預處理技術集成到芯片上進行了嘗試。其中，采用氧化硅在芯片上建立了一種基于填充柱狀萃取的DNA提取方法，相對于超聲波、熱法、介電電泳法等其他提取方法，其操作簡便、節省時間、減少DNA降解。在同一片片上集成了等速電泳前處理單元和后續電泳分離單元，實現了蛋白質的富集與分離，這種省時、集成的方式為蛋白質的研究提供了新的途徑。對乙型肝炎病毒基因型的研究，通過增加進樣通道的長度，對乙型肝炎病毒基因型進行了研究，結果表明，隨著進樣通道長度的增加，DNA標準樣品的濃縮倍數增加了300多倍，作為PCR技術的補充，為基因分型研究所所涉及的較難分析的低濃度DNA樣品檢測提供了技術支持。為了提高富集倍數和檢測靈敏度，只需在芯片上簡單地增加進樣通道的長度，盡管受芯片尺寸和富集時間的限制，長度不可能無限增加，但芯片實驗室設計靈活性的優點在該裝置中得到充分體現。

此外，研究人員在微孔濾膜的基礎上，成功地集成了膜過濾預處理單元和后續的電泳分離單元，不僅可以用于復雜體系中小分子的選擇性進樣，而且可以在電泳分離前純化和富集大分子物質。另外，為滿足實際需要，在膜過濾芯片上再插入一個固相萃取單元(SPE)，如圖2所示，將兩種預處理方式集成在一起，可以實現大分子和小分子的同步富集。與此同時，膜的介入使得SPE萃取和芯片電泳在芯片的不同層面上互不干擾，充分體現微流控芯片實驗室對單元技術的靈活結合。