微全分析系統(tǒng)(?TAS)或者“芯片實(shí)驗(yàn)室”（Lab-on-a-Chip）已經(jīng)越來越受到人們的關(guān)注。微流控芯片實(shí)驗(yàn)室是在微機(jī)械、微電子、生物工程以及納米技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門全新的交叉學(xué)科，涉及到物理、化學(xué)、生物等多個(gè)基礎(chǔ)學(xué)科領(lǐng)域。它以微流控技術(shù)為基礎(chǔ)，制備出小尺度（從微米到納米）的通道、腔、閥、泵等流體器件，并利用各種物理手段，研究小尺度上流體的特異性質(zhì)，發(fā)展小尺度控制流體運(yùn)動(dòng)和物理化學(xué)變化。目前，這門學(xué)科已經(jīng)成為國(guó)際上的一個(gè)研究熱點(diǎn)，其專業(yè)期刊《Lab on a Chip》自2001年創(chuàng)刊以來已經(jīng)成為這個(gè)領(lǐng)域最具代表性的權(quán)威雜志，相關(guān)的專業(yè)國(guó)際會(huì)議μTAS每年召開，微流的研究正在不斷地?cái)U(kuò)展到其他相關(guān)領(lǐng)域。

1.基于微流芯片的CTCs循環(huán)腫瘤細(xì)胞檢測(cè)捕捉與研究

開發(fā)基于微流芯片的CTCs循環(huán)腫瘤細(xì)胞高效捕捉與鑒別。結(jié)合先進(jìn)的機(jī)械、電子、微流控芯片技術(shù)和納米生物技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)循環(huán)腫瘤細(xì)胞的高效捕獲和鑒別，進(jìn)行高效的全血的循環(huán)腫瘤癌細(xì)胞的檢測(cè)。并以此發(fā)展一套切實(shí)高效可行的循環(huán)腫瘤細(xì)胞檢測(cè)方式。有效地將其應(yīng)用于體外早期診斷，化療藥物的快速評(píng)估，個(gè)體化治療包括臨川篩藥、耐藥性的檢測(cè)，腫瘤復(fù)發(fā)的監(jiān)測(cè)以及腫瘤新藥物的開發(fā)等。

循環(huán)腫瘤細(xì)胞（circulating tumour cell），通常把進(jìn)入人體外周血的腫瘤細(xì)胞稱為循環(huán)腫瘤細(xì)胞。腫瘤細(xì)胞的一個(gè)特征是細(xì)胞間的黏附力非常弱，因此腫瘤細(xì)胞就有可能從瘤體脫落，如果脫落的部分進(jìn)入了血液循環(huán)，即可成為循環(huán)腫瘤細(xì)胞。此類細(xì)胞可以隨著血液循環(huán)到遠(yuǎn)處種植形成轉(zhuǎn)移，也可以與凝血系統(tǒng)作用形成血栓，也有研究說此類細(xì)胞可以刺激人體免疫系統(tǒng)可能對(duì)腫瘤的治療有研究意義。普通腫瘤細(xì)胞附著在腫瘤體上面，但是剝落的循環(huán)腫瘤細(xì)胞可以游走到身體各個(gè)部位，可以造成轉(zhuǎn)移和其他問題。

2.新型數(shù)字化閥控微流平臺(tái)及其應(yīng)用在藥物開發(fā)和抗藥篩選方面的研究

通過在現(xiàn)有微流控芯片基礎(chǔ)上集成多功能微閥、光學(xué)探測(cè)、電學(xué)分析等功能模塊，并利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行無人職守自動(dòng)化控制，開發(fā)出一套可以用于現(xiàn)代生物醫(yī)藥開發(fā)研究的集樣品精密進(jìn)樣、化學(xué)反應(yīng)合成、生物藥物篩選、細(xì)胞培養(yǎng)和在線藥物效果分析于一體的數(shù)字化閥控生物醫(yī)藥開發(fā)微流平臺(tái)。鑒于微流芯片超微量樣品合成處理能力的特征，整個(gè)項(xiàng)目將會(huì)圍繞微流控芯片在微量樣品的進(jìn)樣、體積和成份可控的納升級(jí)液滴型微反應(yīng)液滴（形成微反應(yīng)腔）的生成，納升級(jí)樣品的預(yù)處理、納升級(jí)生化樣品的合成、納升級(jí)生化樣品的分離、純化及分析篩選等功能上的模塊開發(fā)以及實(shí)現(xiàn)納升級(jí)液滴在微流控芯片各個(gè)不同功能單元間進(jìn)行傳輸為目標(biāo)展開。進(jìn)一步完善生物藥物開發(fā)研究所需要的化學(xué)合成、藥物篩選、細(xì)胞培養(yǎng)等基礎(chǔ)模塊，制定標(biāo)準(zhǔn)接口，配合前面微量樣品處理、傳輸模塊，爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)基于此超微量功能模塊化芯片平臺(tái)的高通量生物醫(yī)藥開發(fā)、合成與篩選、病毒抗藥性、個(gè)體化跟蹤給藥等開發(fā)研究工作。借此開啟超微量功能模塊化芯片研究的新思路，為目前的數(shù)控模塊化芯片開發(fā)提供新方法。

3.基于微膠囊包被的單細(xì)胞分選與培養(yǎng)

傳統(tǒng)的細(xì)胞研究，主要基于細(xì)胞群體行為的，對(duì)一定數(shù)目的細(xì)胞進(jìn)行染色或者基因表達(dá)分析，然而隨著生物學(xué)研究的進(jìn)一步深入，對(duì)于單細(xì)胞的研究日益正在成為研究的熱點(diǎn)，本項(xiàng)目主要依靠微流控芯片這一新的技術(shù)平臺(tái)，在微米尺度對(duì)單細(xì)胞進(jìn)行操控，將單個(gè)細(xì)胞包被進(jìn)生物微膠囊中，從而為單個(gè)細(xì)胞的分選與培養(yǎng)創(chuàng)造條件。

通過單細(xì)胞的微膠囊包被，可以將單顆癌細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)，得到純的癌細(xì)胞株，從而為癌癥病人的個(gè)性化給藥，癌癥的治療與診斷創(chuàng)造條件；通過單細(xì)胞的微膠囊包被，在細(xì)胞層面實(shí)現(xiàn)操控，可以利用微膠囊的微環(huán)境，對(duì)細(xì)胞進(jìn)行不同組分藥物的篩選；通過單細(xì)胞的微膠囊包被，利用微膠囊內(nèi)部的凝膠網(wǎng)絡(luò)，可以進(jìn)行細(xì)胞的三維培養(yǎng)，克服了傳統(tǒng)平面培養(yǎng)細(xì)胞的缺點(diǎn)，為更真實(shí)模擬人體環(huán)境，進(jìn)行細(xì)胞試驗(yàn)提供良好的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

4.基于超聲駐波的細(xì)胞分選與捕獲

微流控芯片中，利用聲波對(duì)細(xì)胞進(jìn)行操控，分選與捕獲。與流式細(xì)胞術(shù)儀等傳統(tǒng)分選手段相比，聲學(xué)的分選，主要是利用細(xì)胞的物理性質(zhì)（如大小，比重，密度等），不需要對(duì)細(xì)胞進(jìn)行熒光染色，不需要對(duì)細(xì)胞進(jìn)行磁性顆粒修飾，不需要對(duì)細(xì)胞進(jìn)行表面修飾。而聲學(xué)駐波分選則主要是利用壓電陶瓷片，在硬質(zhì)芯片（如硅基芯片，玻璃芯片）中形成駐波，利用駐波波腹，波節(jié)特性受力的不同，對(duì)細(xì)胞進(jìn)行分選。當(dāng)芯片設(shè)計(jì)合理時(shí)，可以使駐波的力足夠大，從而捕獲細(xì)胞，可以對(duì)細(xì)胞進(jìn)行在線的培養(yǎng)，當(dāng)培養(yǎng)結(jié)束時(shí)，撤去聲學(xué)激勵(lì)源，就可以實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的釋放，與傳統(tǒng)光鉗相比，聲學(xué)駐波的捕獲具有穩(wěn)定好，芯片制作及操控簡(jiǎn)單，通量高等特點(diǎn)。通過聲學(xué)駐波的無接觸，無損捕獲細(xì)胞，可以進(jìn)行血液中血細(xì)胞的篩選，可以對(duì)細(xì)胞尺寸進(jìn)行分選，可以捕獲目標(biāo)細(xì)胞，進(jìn)行在線的培養(yǎng)。

5.在線芯片生物大分子熒光毛細(xì)管電泳與PCR檢測(cè)聯(lián)用

主要將在線毛細(xì)管電泳和PCR實(shí)現(xiàn)分離連用。毛細(xì)管電泳（capillary electrophoresis，CE）又稱高效毛細(xì)管電泳（high performance capillary electrophoresis，HPCE），是一類以毛細(xì)管為分離通道、以高壓直流電場(chǎng)為驅(qū)動(dòng)力的新型液相分離技術(shù)。毛細(xì)管電泳實(shí)際上包含電泳、色譜及其交叉內(nèi)容，它使分析化學(xué)得以從微升水平進(jìn)入納升水平，并使單細(xì)胞分析，乃至單分子分析成為可能。而PCR作為一項(xiàng)基本的基本技術(shù)手段，已經(jīng)在生物學(xué)中廣泛應(yīng)用。目前的毛細(xì)管電泳主要是玻璃芯片，存在通量低，成本高等特點(diǎn)，而PCR平臺(tái)也存在體積較大，微量樣品操作不方便的等特點(diǎn)。在微流控芯片中，通過在微米尺度的通道兩端施加電壓，可以與熒光發(fā)光檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)合，實(shí)時(shí)在線的檢測(cè)生物樣品，在獲取生物樣品后，通過芯片PCR，可以連續(xù)性的，高效的進(jìn)行產(chǎn)物的擴(kuò)增檢測(cè)。

本文節(jié)選自武漢大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院-趙興中教授課題組（轉(zhuǎn)載僅為傳遞有用信息，版權(quán)歸原作者所有，如侵犯權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系刪除）