微流控芯片技術(shù)是瑞士科學(xué)家在20世紀(jì)90年代提出，該技術(shù)通過運(yùn)用微機(jī)械加工技術(shù)將生物學(xué)和分析化學(xué)等領(lǐng)域中所涉及的樣品制備、分離、反應(yīng)、檢測等基本操作單元集成到一塊幾平方厘米的芯片上，通過微通道形成網(wǎng)絡(luò)，可控流體貫穿整個(gè)系統(tǒng)，用以取代常規(guī)生物或化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的各種各種功能，以其微型化、集成化、高通量、該精度的特征在眾多生命科學(xué)領(lǐng)域顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用價(jià)值。

 濃度梯度微流控芯片與其他體外研究體系相比有許多獨(dú)特的優(yōu)勢。首先濃度梯度微流控芯片可以形成精確的濃度梯度，且通過改變網(wǎng)絡(luò)通道的構(gòu)型設(shè)計(jì)及初始液流的濃度和組合順序，可獲得一系列復(fù)雜的濃度梯度。這是其他系統(tǒng)難以達(dá)到的。其次，與傳統(tǒng)的研究體系相比，濃度梯度微流控芯片具有與體內(nèi)微血管尺寸相近的微通道且采用灌流培養(yǎng)方式，更接近于體外復(fù)雜的微環(huán)境，能夠進(jìn)行細(xì)胞的生長和分化、細(xì)胞趨化和胞內(nèi)物質(zhì)分析等，且在此微小尺寸通道中的流體具有層流特性，當(dāng)兩種或更多種不同試劑流入同一通道后，各試劑流能夠保持自身的流型不變，而只在相與相的接觸界面上發(fā)生反應(yīng)或分子擴(kuò)散現(xiàn)象，具有較高的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性。最后根據(jù)濃度梯度微流芯片設(shè)計(jì)加工靈活的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)多種單元操作技術(shù)在整體可控的微小平臺上靈活組合、規(guī)模集成如可以與電阻、電閥等其他模塊組合，以得到所需的任意的濃度梯度，而且所得的梯度具有實(shí)時(shí)可變性。

 濃度梯度微流控芯片能夠精確地控制化學(xué)引誘劑濃度梯度的形成和方向。許多的內(nèi)因子信號，特別是和趨化相關(guān)的，通過有兩個(gè)進(jìn)口的微流控網(wǎng)絡(luò)能夠在內(nèi)環(huán)境中獲得濃度梯度。Jeon研究了在白細(xì)胞介素-8形成的梯度下主要中性粒細(xì)胞的遷移，并且這種連續(xù)流動(dòng)的濃度梯度急劇下降的梯度空間里的不同的敏感度。Wang等運(yùn)用集成細(xì)胞水平的濃度梯度微流控芯片研究了MDA-MB-231細(xì)胞沒有表現(xiàn)出趨化現(xiàn)象，但當(dāng)它們暴露在不同的濃度梯度中時(shí)，表現(xiàn)出顯著的定向移動(dòng)。

 在另一個(gè)中性粒細(xì)胞遷移的時(shí)間方面的探索中，Irimia等采用一種濃度梯度轉(zhuǎn)換芯片在研究中性粒細(xì)胞對時(shí)間依賴逐步升高，逐步降低的反應(yīng)，以及白細(xì)胞介素-8濃度梯度反向后的反應(yīng)。有趣的是，當(dāng)濃度梯度逐漸降低到初始濃度一半時(shí)，作者觀察到了去極化后的復(fù)極化時(shí)期，由此揭示出以前沒被報(bào)道過的動(dòng)力學(xué)。Mao等在濃度梯度微流控芯片中采用一個(gè)非常低的流速，量化了大腸桿菌的遷移。并成功地指出了野生型和趨化突變株針對幾種不同濃度梯度的反應(yīng)特點(diǎn)，得出的結(jié)論符合菌株的已知特性。

 上述提及的獲得濃度梯度的方法都依靠液體在微流控芯片通道中持續(xù)的流動(dòng)來保持。Walker等發(fā)現(xiàn)，盡管總的遷移距離并不被流速影響，但依賴一定的方法遷移的方向會隨著一定的流速流動(dòng)的方向發(fā)生偏向。

 另一個(gè)令人關(guān)注的濃度梯度微流控芯片的應(yīng)用是可溶性信號分子的擴(kuò)散。還有幾種報(bào)道出來的方法是微流控芯片裝置中產(chǎn)生了濃度梯度但沒有液體的流動(dòng)。濃度梯度微流控芯片設(shè)計(jì)靈活多樣，是一個(gè)非常大的進(jìn)步，超過了依賴移液管的方法。然而濃度梯度微流控芯片的易操作性和其批量生產(chǎn)能力還需要改進(jìn)提高。