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)，可直接在被檢對象身邊提供快捷有效的生化指標(biāo)，使現(xiàn)場檢測、診斷、治療成為一個連續(xù)的過程；

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，單細胞測序等領(lǐng)域顯示了巨大的威力；

③ 微流控細胞/器官操控芯片是哺乳動物細胞及其微環(huán)境操控最重要技術(shù)平臺，渴望部分代替小白鼠等動物模型，用于驗證候選藥物，開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)場指導(dǎo)用藥，使檢測、診斷、治療成為一個連續(xù)過程，對于疾病的早期發(fā)現(xiàn)和治療具有突破性的意義。

POCT儀器發(fā)展趨勢應(yīng)是小型化、“傻瓜”式，操作簡單，無需專業(yè)人員，直接輸入體液樣本，即可迅速得到診斷結(jié)果，并將信息上傳至遠程監(jiān)控中心，由醫(yī)生指導(dǎo)保健。目前，市場上有多種即時診斷方法，簡單的流動測試工作沒有流體管理技術(shù)，而當(dāng)測試復(fù)雜性增加時，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)在微小可控平臺上靈活組合和規(guī)模集成的特點已使其成為現(xiàn)代POCT技術(shù)的首選，經(jīng)過近年的發(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)器是芯片實驗室中常用的用于生物化學(xué)反應(yīng)的結(jié)構(gòu)，如毛細管電泳、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)動的毛細管電泳（Capillary Electrophoresis ， CE） 比較容易在微流控芯片上實現(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管通道，在電滲流的作用下樣品液在通道中泳動，完成對樣品的檢測分析，如果在芯片上構(gòu)建毛細管陣列，可在數(shù)分鐘內(nèi)完成對數(shù)百種樣品的平行分析。

國際上公認(rèn)的PCR 產(chǎn)物檢測共有五種方法，按其靈敏度高低順序排列為：毛細管電泳法、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 以毛細管電泳為該芯片主體，無需進行探針雜交，受檢樣品的信號獲得率接近百分之百。

微流控芯片CE 可檢測15~7500bp范圍的PCR 產(chǎn)物，分辨率可達20bp ，樣品微量化使擴散進一步減少，分離效果極好，每孔可供多個不同的PCR 產(chǎn)物作同時分析。

目前其應(yīng)用主要集中在核酸分離和定量、DNA 測序、基因突變和基因差異表達分析等。另外，蛋白質(zhì)的篩分在微流控芯片中也已有報道針對病原微生物基因組的特征性片段、染色體DNA 的序列多態(tài)型基因變異的位點及特征等，設(shè)計和選擇合適的核酸探針，經(jīng)PCR 擴增后檢測，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、變異和表達等信息，為疾病的診斷和治療提供一個很好的切入點。

自1992 年微流控芯片CE 首次報道以來，進展很快。首臺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、哺乳動物細胞及其微環(huán)境操控平臺——微流控芯片仿生實驗室

由于微流控芯片的構(gòu)件尺寸和細胞吻合，并可同時測定物理量、化學(xué)量和生物量，它已成為對哺乳動物細胞及其微環(huán)境進行操控的最具潛力的平臺。

目前已可以構(gòu)建微米量級且相對封閉的三維細胞培養(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)各種活體細胞，形成組織器官，乃至由不同器官芯片進一步組成活體芯片，從而模擬一個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物，用于驗證候選藥物，開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)診斷等各個領(lǐng)域的富有活力的工具性方法平臺。

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)用方面的問題。今后微流控芯片會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)實驗中，包括單細胞培養(yǎng)與分析、干細胞操控與培養(yǎng)、單分子生物物理學(xué)、高通量的細胞與分子生物學(xué)篩選實驗、藥物發(fā)現(xiàn)、高通量合成生物學(xué)、高通量測序技術(shù)、單細胞基因組學(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了人類醫(yī)療健康系統(tǒng)的發(fā)展。

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