原创 微流控芯片在生物学有何应用?

微流控芯片相关技术

1、微液滴技术

微液滴操控包括微液滴生成和微液滴驱动，按生成方式可以将操控微液滴的方法分为两大类。一类是被动法，即通过对微通道结构的特别设计使液流局部产生速度梯度来对微液滴进行操控，主要为多相流法问。该法的主要特点是可以快速批量生成微液滴;另一类是主动法，即通过电场力、热能量等外力使液流局部产生能量梯度来对微液滴进行操控，主要包括电润湿法口、介电电泳法和热毛细管法。该法的主要特点是可以对单个微液滴的操控。与传统连续流系统相比川，离散化微液滴系统有一系列潜在优势，如消耗样品和试剂量更少，混合速度更快，不易造成交叉污染，易于操控等。

2、检测技术

分离物的高灵敏度检测对于微流控芯片有着重要意义。目前，微流控芯片的检测方法大体上可以分为3类：光学检测、电化学检测及质谱学检测。

紫外吸收检测法是-种常规光学检测法，相应的检测器已经趋于成熟，但由于芯片的通道小、灵敏度不高，因此该方法已经不能够满足对低浓度和极微量样品分析的要求。激光诱导荧光检测是所有荧光检测中灵敏度最高的一种方法。多数情况下其检测下限可达10*10-10~12molL，所以该方法得到了广泛的应用。

电化学检测有安培法、电导法和电位法3种基本模式，其中安培法是应用最普遍的一种方法。其基本原理是：测量化合物在电极表面受到氧化或还原反应时，会失去或得到电子，产生与分析物浓度成正比的电极电流，通过测量微通道中的电流即可得到溶液浓度的变化情况。电化学检测的灵敏度可以与荧光检测相媲美，同时，因为微电极可以加工到芯片。上，因此更适合于微芯片的检测。质谱检测14的原理是根据分子质荷比的不同而达到检测的目的。其最大优点是能够提供分子空间结构信息，因此在生物大分子(如蛋白质)的结构研究方面具有独到之处。但因为质谱检测系统本身比芯片还要大，所以也很难实现整个系统的微型化。单一的检测方法将很难完成全部检测任务，因此应对多种检测方法的联合使用及新的检测方法进行研究。

微流控芯片在细胞生物学中的应用

随着微流控芯片的不断发展，微流控分析芯片技术正不断地向细胞组学的研究领域进行渗透。微流控芯片在细胞生物学中的应用主要包括细胞的培养、细胞的分离与操纵，细胞组分分析以及细胞全分析系统。

如，Carlson等报道了用静水压力驱动的方法对血液样本中的细胞进行分离。由于红细胞的体积远小于白细胞，且粘性小，所以红细胞以较快的速度通过微流路网络。细胞全分析系统，指将细胞的三维培养、细胞刺激、细胞分离、溶胞以及细胞组分分离和分析集为一体的微流控系统。这个系统不仅可快速分析细胞，而且可重复利

微流控芯片分析系统通过在微米通道与结构中实现微型化，在分析性能上带来了巨大的优点：

1)缩短反应时间，提高分析效率，许多分析过程可以在数分钟内完成;

2)节约试剂和样本，微流控分析的试样与试剂消耗已降低至数微升水平，并且随着技术水平的提高，还有可能进一步减少;

3)易于集成化、便携化，操作简便，更易实现自动化。

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