微流控芯片在航天醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用前景
隨著人類載人航天活動的深入發(fā)展及空間技術(shù)的不斷進步,空間生命科學(xué)已成為空間科學(xué)與應(yīng)用中極其重要的組成部分,其中航天醫(yī)學(xué)與醫(yī)學(xué)工程在載人航天和長期在軌科學(xué)研究中具有重要地位,深受各國政府和科學(xué)家的重視。目前,微流控芯片技術(shù)已經(jīng)在空間生命科學(xué)研究得到初步應(yīng)用。2006 年12 月,美國“發(fā)現(xiàn)號”航天飛機首次將可以進行革蘭氏陰性細菌檢測的芯片帶入太空,開創(chuàng)了微芯片技術(shù)在空間實驗領(lǐng)域應(yīng)用的先河,目前已經(jīng)用于國際空間站。歐洲航天局2007 年9 月發(fā)射航天器實施近地軌道測試,太空艙上安裝了“生命跡象檢測芯片”,具備檢測2000 個物質(zhì)的能力。該芯片并非真正意義上的微流控芯片,是基于懷孕試紙原理的免疫基因探針陣列芯片。2011 年11 月,我國“神舟”8 號飛船搭載了微流控芯片基因擴增裝置并成功完成了8 種基因的擴增實驗,成為世界上第三個將微芯片技術(shù)應(yīng)用于空間生物學(xué)研究的國家。這些成果和研究說明微流控芯片技術(shù)在空間環(huán)境下應(yīng)用的條件已經(jīng)具備。
航天員在太空中工作、生活,需要對航天員的內(nèi)分泌系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、淋巴系統(tǒng)等生理生化指標進行監(jiān)控,但在空間環(huán)境下,細胞及樣品受到微重力、高能輻射、節(jié)律變化、溫度、冷黑背景、噪聲等因素的協(xié)同作用,實施傳統(tǒng)的檢測( 生化分析儀、血液分析儀等) 十分困難,操作繁瑣,限制了人們對細胞及人體其他生理指標的研究。微流控芯片體積小,所需樣品試劑量小,低功耗,易操作,恰好符合航天醫(yī)學(xué)的研究要求??梢岳梦⒘骺匦酒瑢教靻T的血液、尿液以及其他代謝物進行檢測,從而對其身體健康狀況進行監(jiān)控。另外,這些技術(shù)還可為航天員的選拔、訓(xùn)練、醫(yī)監(jiān)醫(yī)保系統(tǒng)和充分發(fā)揮人的作用提供依據(jù)。隨著微電子技術(shù)和微機電系統(tǒng)技術(shù)( MEMS)的發(fā)展,目前已經(jīng)能夠在微芯片上加工出各種微管道、微泵、微閥、微儲液器、微電極、微檢測元件、窗口和連接器等功能元件,可以把生物和化學(xué)等領(lǐng)域涉及的樣品制備、生物、化學(xué)反應(yīng)和分離檢測等基本操作單元集成于幾平方厘米大的微流控芯片上,用以完成不同的生物或化學(xué)反應(yīng)過程,并對其產(chǎn)物進行分析,成為能夠獨立完成某些實驗任務(wù)的芯片實驗室( Lab-on-a-Chip) 。依托MEMS技術(shù)的微流控芯片設(shè)備將成為生物、醫(yī)學(xué)和化學(xué)等領(lǐng)域小型化設(shè)備的重要發(fā)展方向,并有望在空間科學(xué)研究中發(fā)揮重大作用。
因此,隨著微流控芯片技術(shù)的日趨成熟和完善,及其在臨床檢驗及航天醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的不斷發(fā)展,微流控芯片必將會在航天醫(yī)學(xué)及空間生物學(xué)等領(lǐng)域發(fā)揮極大作用,顯示出良好的應(yīng)用前景。
標簽: 微流控芯片 航天醫(yī)學(xué) 應(yīng)用前景