基于微流控芯片的代表性關(guān)鍵技術(shù)

① 微流控分析芯片是新一代床旁診斷（Point of care testing， POCT）主流技術(shù)，可直接在被檢對(duì)象身邊提供快捷有效的生化指標(biāo)，使現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、診斷、治療成為一個(gè)連續(xù)的過(guò)程；

② 微流控反應(yīng)芯片以液滴為代表，是迄今為止最重要的微反應(yīng)器，在高通量藥物篩選，單細(xì)胞測(cè)序等領(lǐng)域顯示了巨大的威力；

③ 微流控細(xì)胞/器官操控芯片是哺乳動(dòng)物細(xì)胞及其微環(huán)境操控最重要技術(shù)平臺(tái)，渴望部分代替小白鼠等動(dòng)物模型，用于驗(yàn)證候選藥物，開(kāi)展藥物毒理和藥理作用研究。

1、新一代床旁診斷（POCT）技術(shù)——Microfluidics-based POCT

POCT可直接在被檢者身邊提供快捷有效的生化指標(biāo)，現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)用藥，使檢測(cè)、診斷、治療成為一個(gè)連續(xù)過(guò)程，對(duì)于疾病的早期發(fā)現(xiàn)和治療具有突破性的意義。

POCT儀器發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)是小型化、“傻瓜”式，操作簡(jiǎn)單，無(wú)需專業(yè)人員，直接輸入體液樣本，即可迅速得到診斷結(jié)果，并將信息上傳至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，由醫(yī)生指導(dǎo)保健。目前，市場(chǎng)上有多種即時(shí)診斷方法，簡(jiǎn)單的流動(dòng)測(cè)試工作沒(méi)有流體管理技術(shù)，而當(dāng)測(cè)試復(fù)雜性增加時(shí)，微流控技術(shù)是必要的。

微流控芯片所具有的多種單元技術(shù)在微小可控平臺(tái)上靈活組合和規(guī)模集成的特點(diǎn)已使其成為現(xiàn)代POCT技術(shù)的首選，經(jīng)過(guò)近年的發(fā)展，已涌現(xiàn)了一批微流控芯片POCT分子診斷和免疫診斷的成功案例。

2、PCR-微流控芯片CE

微型反應(yīng)器是芯片實(shí)驗(yàn)室中常用的用于生物化學(xué)反應(yīng)的結(jié)構(gòu)，如毛細(xì)管電泳、聚合酶鏈反應(yīng)、酶反應(yīng)和DNA 雜交反應(yīng)的微型反應(yīng)器等 。其中電壓驅(qū)動(dòng)的毛細(xì)管電泳（Capillary Electrophoresis ， CE） 比較容易在微流控芯片上實(shí)現(xiàn)，因而成為其中發(fā)展最快的技術(shù)。

它是在芯片上蝕刻毛細(xì)管通道，在電滲流的作用下樣品液在通道中泳動(dòng)，完成對(duì)樣品的檢測(cè)分析，如果在芯片上構(gòu)建毛細(xì)管陣列，可在數(shù)分鐘內(nèi)完成對(duì)數(shù)百種樣品的平行分析。

國(guó)際上公認(rèn)的PCR 產(chǎn)物檢測(cè)共有五種方法，按其靈敏度高低順序排列為：毛細(xì)管電泳法、固相雜交法、液相雜交法、高壓液相雜交法和凝膠電泳法（不推薦臨床） 。

微流控芯片CE 以毛細(xì)管電泳為該芯片主體，無(wú)需進(jìn)行探針雜交，受檢樣品的信號(hào)獲得率接近百分之百。

微流控芯片CE 可檢測(cè)15~7500bp范圍的PCR 產(chǎn)物，分辨率可達(dá)20bp ，樣品微量化使擴(kuò)散進(jìn)一步減少，分離效果極好，每孔可供多個(gè)不同的PCR 產(chǎn)物作同時(shí)分析。

目前其應(yīng)用主要集中在核酸分離和定量、DNA 測(cè)序、基因突變和基因差異表達(dá)分析等。另外，蛋白質(zhì)的篩分在微流控芯片中也已有報(bào)道針對(duì)病原微生物基因組的特征性片段、染色體DNA 的序列多態(tài)型基因變異的位點(diǎn)及特征等，設(shè)計(jì)和選擇合適的核酸探針，經(jīng)PCR 擴(kuò)增后檢測(cè)，就能獲得病原微生物種屬、亞型、毒力、抗藥、致病、同源性、多態(tài)型、變異和表達(dá)等信息，為疾病的診斷和治療提供一個(gè)很好的切入點(diǎn)。

自1992 年微流控芯片CE 首次報(bào)道以來(lái)，進(jìn)展很快。首臺(tái)商品儀器是微流控芯片CE （ 生化分析儀，Aglient） ，可提供用于核酸及蛋白質(zhì)分析的微流控芯片產(chǎn)品。

3、哺乳動(dòng)物細(xì)胞及其微環(huán)境操控平臺(tái)——微流控芯片仿生實(shí)驗(yàn)室

由于微流控芯片的構(gòu)件尺寸和細(xì)胞吻合，并可同時(shí)測(cè)定物理量、化學(xué)量和生物量，它已成為對(duì)哺乳動(dòng)物細(xì)胞及其微環(huán)境進(jìn)行操控的最具潛力的平臺(tái)。

目前已可以構(gòu)建微米量級(jí)且相對(duì)封閉的三維細(xì)胞培養(yǎng)、分選、裂解等操作單元，并把這些單元成功延伸到組織和器官。

器官芯片是一種更接近仿生體系的模式，可在一塊幾平方厘米的芯片中培養(yǎng)各種活體細(xì)胞，形成組織器官，乃至由不同器官芯片進(jìn)一步組成活體芯片，從而模擬一個(gè)活體的行為并研究活體中整體和局部的種種關(guān)系。

在藥學(xué)領(lǐng)域，器官芯片將被部分替代小白鼠等模型動(dòng)物，用于驗(yàn)證候選藥物，開(kāi)展毒理和藥理作用研究。

微流控芯片技術(shù)作為一種新興的技術(shù)手段，已經(jīng)從最初單純的毛細(xì)管電泳的微型化技術(shù)，演變成為一種涵蓋了從基礎(chǔ)生物技術(shù)到生物醫(yī)學(xué)診斷等各個(gè)領(lǐng)域的富有活力的工具性方法平臺(tái)。

隨著微流控芯片技術(shù)的不斷發(fā)展，微流控芯片技術(shù)與其他的代表性技術(shù)會(huì)在更為廣泛的研究領(lǐng)域中交叉滲透，快速發(fā)展，而且也會(huì)更加直接地深入到人們的日常生活甚至平常使用的器件當(dāng)中。

阻礙微流控技術(shù)發(fā)展的瓶頸包括制造加工、集成度以及與宏觀系統(tǒng)的接口等應(yīng)用方面的問(wèn)題。今后微流控芯片會(huì)朝著分析成分的多樣化、制作基材的多樣化、研究方法的多樣化和系統(tǒng)的微型化與集成化的方向發(fā)展。

集中在大規(guī)模、高通量、低消耗的生命科學(xué)和分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，包括單細(xì)胞培養(yǎng)與分析、干細(xì)胞操控與培養(yǎng)、單分子生物物理學(xué)、高通量的細(xì)胞與分子生物學(xué)篩選實(shí)驗(yàn)、藥物發(fā)現(xiàn)、高通量合成生物學(xué)、高通量測(cè)序技術(shù)、單細(xì)胞基因組學(xué)等。

基于微流控人體體液的生化分析也特別適合目前大火的互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療。 智能檢測(cè)或診斷的醫(yī)療器械終端（家用）與互聯(lián)網(wǎng)的大數(shù)據(jù)結(jié)合，這一塊也將大大的推進(jìn)了人類醫(yī)療健康系統(tǒng)的發(fā)展。

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