分子層面的微流控芯片分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)室單元操作主要包括進(jìn)樣、樣品處理、混合、反應(yīng)及分離等。

在使用芯片平臺(tái)處理樣品時(shí)，需要將樣品導(dǎo)入到芯片的樣品處理通道或通道網(wǎng)絡(luò)中，這一步驟通常稱為進(jìn)樣。進(jìn)樣通常又可以分為上樣和取樣兩步。晶片實(shí)驗(yàn)室處理的對(duì)象是流體，液體進(jìn)樣是芯片進(jìn)樣的主流，在實(shí)際操作過(guò)程中主要有3種情況：進(jìn)樣通道、進(jìn)樣液滴引入、進(jìn)樣液滴引入等。將區(qū)段進(jìn)樣分為單通道輔助進(jìn)樣、多通道輔助進(jìn)樣及激光輔助進(jìn)樣。研究人員對(duì)上述各種不同的進(jìn)樣方法進(jìn)行了大量的研究，并在此基礎(chǔ)上研制了一類(lèi)新的靜壓進(jìn)樣方。

該方法包括簡(jiǎn)單靜壓進(jìn)樣、靜壓門(mén)進(jìn)樣、旁通法輔助進(jìn)樣。在傳統(tǒng)的抽壓式電動(dòng)進(jìn)樣過(guò)程中，靜壓進(jìn)樣是以芯片上樣品池與樣本池之間的液面高度差所產(chǎn)生的靜壓作為上樣驅(qū)動(dòng)力。單純靜壓進(jìn)樣的基本原理是將一定體積的溶液注入到樣品池中，樣品池中由于靜壓作用，樣品池中的樣品由于靜壓的作用，自流到樣品池中，當(dāng)樣品在十字交叉處充滿樣品后實(shí)施取樣，即在緩沖液池與緩沖液廢液池之間施加電場(chǎng)，使儲(chǔ)存在十字路口的樣品進(jìn)入分離通道。其中，靜壓門(mén)進(jìn)樣與電動(dòng)門(mén)進(jìn)樣中的“門(mén)”的概念相同，即從緩沖液池到樣品池的緩沖液流，通過(guò)控制電場(chǎng)控制門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉。旁路輔助靜壓進(jìn)樣[25]是在原十字通道的基礎(chǔ)上增加一條旁路，該旁路平行且非?？拷蛛x通道，其距離在幾微米到幾十微米之間。分選原理如圖1所示，樣品可通過(guò)旁路輔助進(jìn)樣。

區(qū)域帶狀實(shí)施較精細(xì)調(diào)整。該方法不需要機(jī)械泵，因而也不存在傳統(tǒng)壓力電動(dòng)進(jìn)樣的泵片接口問(wèn)題，因而使壓力電進(jìn)樣得以推廣應(yīng)用。靜壓進(jìn)樣一般僅在分離通道兩端各增加一個(gè)電極(除了靜壓門(mén)門(mén)進(jìn)樣除外)，而不需要切換電壓，在應(yīng)用于微流控陣列芯片時(shí)，其所需電極數(shù)量大大減少，從而簡(jiǎn)化了陣列的溶液驅(qū)動(dòng)和控制系統(tǒng)。

此外，研究人員還改進(jìn)了靜壓進(jìn)樣技術(shù)，將其用于DNA的芯片電泳分離。

通常情況下，樣品通常要先進(jìn)行預(yù)處理，然后再引入其他操作單元。這種預(yù)處理過(guò)程被移植到晶片上，使得晶片能夠直接對(duì)真實(shí)樣品進(jìn)行處理。減少樣品消耗是實(shí)現(xiàn)芯片實(shí)驗(yàn)室實(shí)用化、產(chǎn)業(yè)化的必要條件。當(dāng)然，在引入樣品之前，這種移植將會(huì)考慮到這些操作。晶片樣品的預(yù)處理操作通常涉及到多種試劑、多步、復(fù)雜的微通道網(wǎng)絡(luò)，而芯片樣品預(yù)處理單元同時(shí)與外部樣品源和隨后的樣品處理單元相結(jié)合。所以，芯片樣品的預(yù)處理具有技術(shù)含量高、操作難度大等特點(diǎn)，而其中蘊(yùn)藏著大量的技術(shù)增長(zhǎng)點(diǎn)，是目前芯片實(shí)驗(yàn)室研究的重要組成部分和持續(xù)熱點(diǎn)之一。常用的芯片預(yù)處理操作有萃取、過(guò)濾、膜分離、等速電泳、場(chǎng)放大堆積等，其中固相萃取富集倍數(shù)有時(shí)達(dá)到103，且在芯片上容易實(shí)現(xiàn)，是芯片平臺(tái)上最重要的樣品處理技術(shù)之一。

研究人員在將這幾種預(yù)處理技術(shù)集成到芯片上進(jìn)行了嘗試。其中，采用氧化硅在芯片上建立了一種基于填充柱狀萃取的DNA提取方法，相對(duì)于超聲波、熱法、介電電泳法等其他提取方法，其操作簡(jiǎn)便、節(jié)省時(shí)間、減少DNA降解。在同一片片上集成了等速電泳前處理單元和后續(xù)電泳分離單元，實(shí)現(xiàn)了蛋白質(zhì)的富集與分離，這種省時(shí)、集成的方式為蛋白質(zhì)的研究提供了新的途徑。對(duì)乙型肝炎病毒基因型的研究，通過(guò)增加進(jìn)樣通道的長(zhǎng)度，對(duì)乙型肝炎病毒基因型進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，隨著進(jìn)樣通道長(zhǎng)度的增加，DNA標(biāo)準(zhǔn)樣品的濃縮倍數(shù)增加了300多倍，作為PCR技術(shù)的補(bǔ)充，為基因分型研究所所涉及的較難分析的低濃度DNA樣品檢測(cè)提供了技術(shù)支持。為了提高富集倍數(shù)和檢測(cè)靈敏度，只需在芯片上簡(jiǎn)單地增加進(jìn)樣通道的長(zhǎng)度，盡管受芯片尺寸和富集時(shí)間的限制，長(zhǎng)度不可能無(wú)限增加，但芯片實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)靈活性的優(yōu)點(diǎn)在該裝置中得到充分體現(xiàn)。

此外，研究人員在微孔濾膜的基礎(chǔ)上，成功地集成了膜過(guò)濾預(yù)處理單元和后續(xù)的電泳分離單元，不僅可以用于復(fù)雜體系中小分子的選擇性進(jìn)樣，而且可以在電泳分離前純化和富集大分子物質(zhì)。另外，為滿足實(shí)際需要，在膜過(guò)濾芯片上再插入一個(gè)固相萃取單元(SPE)，如圖2所示，將兩種預(yù)處理方式集成在一起，可以實(shí)現(xiàn)大分子和小分子的同步富集。與此同時(shí)，膜的介入使得SPE萃取和芯片電泳在芯片的不同層面上互不干擾，充分體現(xiàn)微流控芯片實(shí)驗(yàn)室對(duì)單元技術(shù)的靈活結(jié)合。