液滴微流控PCR在技術(shù)方面的迅速發(fā)展已經(jīng)證明了該技術(shù)的優(yōu)越性并被廣泛地應(yīng)用于生物、化學(xué)等領(lǐng)域，尤其在單分子放大和分析方面的優(yōu)勢(shì)更加明顯。在此，我們將主要介紹該技術(shù)在三個(gè)重要科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。

一、高通量篩選

    近幾十年來(lái)，生物學(xué)家一直致力于開(kāi)發(fā)高通量篩選的各種技術(shù)，以及從較大的文庫(kù)中獲得更多功能性的基因和蛋白。其中一種特別的技術(shù)是指數(shù)富集配體系統(tǒng)進(jìn)化技術(shù)（SELEX），通過(guò)篩選獲得針對(duì)靶標(biāo)具有高結(jié)合力和高選擇性的DNA或RNA的核酸適配體。但SELEX耗時(shí)費(fèi)力、低效且昂貴。

為了解決上述問(wèn)題，發(fā)展了一種基于瓊脂糖液滴微流控ePCR技術(shù)，直接從復(fù)雜的單鏈DNA文庫(kù)中篩選核酸適配體。該種技術(shù)，針對(duì)癌癥標(biāo)志物Shp2蛋白進(jìn)行篩選獲得DNA富集文庫(kù)被系統(tǒng)稀釋并在芯片上被包裹進(jìn)單個(gè)瓊脂糖液滴中，使得每個(gè)液滴至多含有一條DNA序列，通過(guò)PCR進(jìn)行放大擴(kuò)增，產(chǎn)生單克隆的瓊脂糖微球。DNA染色后，含有DNA的明亮微球被挑選出來(lái)。利用高通量的熒光流式細(xì)胞術(shù)，對(duì)單克隆微球中的單鏈DNA進(jìn)行結(jié)合力表征。那些具有高結(jié)合力和特異性的單鏈DNA序列被挑選出來(lái)作為核酸適配體，或者被DNA測(cè)序，或者即可直接用于后續(xù)的生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)。該方法還可以進(jìn)一步推廣應(yīng)用其他分子進(jìn)行技術(shù)，如mRNA展示、噬菌體展示等等。

二、下一代DNA測(cè)序

     DNA測(cè)序已被廣泛地應(yīng)用于診斷學(xué)、生物技術(shù)、法醫(yī)生物學(xué)、生物信息學(xué)的領(lǐng)域。為了將DNA測(cè)序技術(shù)真正應(yīng)用于人類(lèi)日常的醫(yī)學(xué)診斷和醫(yī)療保健，高準(zhǔn)確性、長(zhǎng)程連續(xù)性、高通量及低成本依舊是必須解決的問(wèn)題，也是科學(xué)家發(fā)展下一代測(cè)序技術(shù)的主要目標(biāo)。其中，消除傳統(tǒng)的克隆技術(shù)DNA文庫(kù)準(zhǔn)備法是下一代測(cè)序發(fā)展的首要解決問(wèn)題。后來(lái)發(fā)展了一種高通量的SCGA技術(shù)，并證明了它在DNA測(cè)序方面的應(yīng)用。芯片上可以很容易地產(chǎn)生一種高通量的SCGA技術(shù)，并證明了它在DNA測(cè)序方面的應(yīng)用。與BEAMing技術(shù)中小磁珠和小液滴相比，大磁珠具有更大的表面積可以標(biāo)記上足夠多的正向引物，同時(shí)反向引物等其他PCR試劑的含量也達(dá)到10倍過(guò)量，保證了PCR的效率。

    三、稀有突變的定量靈敏檢測(cè)

基因改變，例如刪除、定點(diǎn)突變和重組等，在癌癥的發(fā)生和發(fā)展中起著重要的作用，也被認(rèn)為是癌癥診斷中的生物標(biāo)記物。腫瘤細(xì)胞中的突變是細(xì)胞釋放到血液、淋巴和尿液中，就要求這些突變的檢測(cè)常常要在大量正常細(xì)胞釋放的非突變DNA的高背景下進(jìn)行。因此，一種能夠利用臨床樣品，進(jìn)行簡(jiǎn)單、高靈敏、定量檢測(cè)突變型和野生型比例的方法是非常必要的。

針對(duì)這些低頻基因突變的檢測(cè)，為獲得統(tǒng)計(jì)學(xué)上有意義的數(shù)據(jù)，必須進(jìn)行高通量的分析。利用高通量微乳產(chǎn)生陣列定量檢測(cè)致病菌。磁珠表面被標(biāo)記上了針對(duì)不同基因的多種正向引物用于液滴PCR。最終通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出，當(dāng)使用96管道的MEGA時(shí)，5分鐘內(nèi)即可產(chǎn)生包含10₄細(xì)胞量的液滴。最終，該方法的檢測(cè)限達(dá)到3/10₅，準(zhǔn)確度高99%。這些結(jié)果證明了高通量的微流控平臺(tái)可以在復(fù)雜體系中實(shí)現(xiàn)單分子和單細(xì)胞水平的定量基因型研究。

另一種液滴微流控PCR方法，應(yīng)用于高背景下的靈敏定量檢測(cè)突變DNA。后來(lái)設(shè)計(jì)了另一種液滴數(shù)字PCR體系，并證明了在10萬(wàn)個(gè)野生型基因背景下的單個(gè)突變型靈敏檢測(cè)。他們更進(jìn)一步提出了在血漿中的循環(huán)DNA的絕對(duì)定量檢測(cè)方法。因此，這些高靈敏度的定量方法還可被應(yīng)用于其他復(fù)雜體系的檢測(cè)，如傳染病的檢測(cè)、等位基因的鑒定、基因翻譯的分析等等。

       液滴微流控技術(shù)極大地改變了傳統(tǒng)的PCR技術(shù)，尤其是在單分子DNA擴(kuò)增放大方面。微流控技術(shù)保證了對(duì)液滴尺寸和組分的嚴(yán)格控制，也可以獨(dú)立地對(duì)每一個(gè)液滴進(jìn)行混合、傳遞、和分析等操作。其次，由于在微尺度上的高比表面積，液滴可以減少熱量和物質(zhì)傳遞的時(shí)間，加快PCR反應(yīng)，有利于快速的醫(yī)學(xué)診斷和野外檢測(cè)。再次，作為載體的郵相可以很好地阻斷液滴內(nèi)樣品與管道壁的接觸，避免了液滴間的交叉污染、模板損失和PCR偏好。此外，一次試驗(yàn)中能快速地產(chǎn)生大量均勻相同的液滴，從而可在短時(shí)間內(nèi)完成大規(guī)模的平行實(shí)驗(yàn)和反應(yīng)，并具有很好的重現(xiàn)性和單分子定量分析的能力。雖然液滴微流控PCR的發(fā)展和應(yīng)用還剛剛起步，它已經(jīng)在單分子PCR放大方面展現(xiàn)出了巨大的潛能，未來(lái)應(yīng)向著更為精巧和多功能的方向發(fā)展，例如系統(tǒng)的集成、裝置的設(shè)計(jì)優(yōu)化、裝置的制造、以及系統(tǒng)的自動(dòng)化等。