分析裝置的集成化、自動(dòng)化及微型化現(xiàn)已成為物質(zhì)分析和臨床檢測(cè)的研究熱點(diǎn)，微流控芯片作為一種新的微型分析平臺(tái)建立于20世紀(jì)90年代，它通過(guò)微細(xì)加工技術(shù)在芯片上構(gòu)建由儲(chǔ)液池、微反應(yīng)室、微管道等微功能元件構(gòu)成的微流路系統(tǒng)，加載生物樣品和反應(yīng)液后，在壓力泵或者電場(chǎng)作用下形成微流路，于芯片上進(jìn)行一種或連續(xù)多種的反應(yīng)，達(dá)到對(duì)樣品的高通量快速分析的目的。微流控分析芯片由于具有高度集成性，可在一張芯片上完成采樣、稀釋、加試劑、反應(yīng)、分離、檢測(cè)等多種功能特點(diǎn)，又被稱(chēng)為微型全分析系統(tǒng)。目前微流控技術(shù)已應(yīng)用于高效篩選、環(huán)境監(jiān)測(cè)、臨床監(jiān)測(cè)、空間微生物、現(xiàn)場(chǎng)分析、高效DNA測(cè)序等領(lǐng)域。

1.微流控芯片基因分析中的應(yīng)用

1.1高聚物基PCR微流控芯片

PCR作為一種體外擴(kuò)增核酸的方法，早已是研究分子生物學(xué)的不可缺少的工具。雖然傳統(tǒng)的PCR操縱簡(jiǎn)單，但是它加熱循環(huán)緩慢且效率低，這主要是因?yàn)槠浼訜狍w積太大。為了解決這個(gè)問(wèn)題，PCR的反應(yīng)體積被減少到50ul甚至于1pl，但是體積的減少相應(yīng)的也限制了產(chǎn)量。PCR微流控芯片就是在這種情況下發(fā)展起來(lái)的。

與傳統(tǒng)的PCR相比，PCR芯片的主要優(yōu)勢(shì)在其比表面積大，傳熱速率快，大大提高了反應(yīng)速度；而且內(nèi)部溫度均勻，反應(yīng)過(guò)程易于控制。同時(shí)PCR芯片反應(yīng)所需的樣品和試劑量少，大大降低成本。如Kopp利用PCR微流控芯片在1.5-18.7min的時(shí)間內(nèi)，經(jīng)過(guò)20次循環(huán)完成了淋球菌促旋酶基因176bp片段的PCR擴(kuò)增。

1.2核酸限制性酶切片段的分離分析

微流控芯片可用于迅速分離DNA限制片段PCR產(chǎn)物，比常規(guī)的毛細(xì)管電泳分離要快得多。自從Manz等成功的應(yīng)用微流控芯片毛細(xì)管電泳技術(shù)分離了寡核苷酸混合物。微流控芯片分離的DNA片段的長(zhǎng)度在逐步擴(kuò)大，同時(shí)出現(xiàn)了可進(jìn)行平行分析的多通道陣列芯片。

1.3 DNA測(cè)序

用微流控芯片四色標(biāo)記法測(cè)序，可在540s分離150個(gè)堿基，準(zhǔn)確率在97%以上。常規(guī)DNA測(cè)序需要制備微升級(jí)的樣品，試劑消耗量大，有報(bào)道將納升級(jí)的樣品制備系統(tǒng)微縮到芯片上進(jìn)行測(cè)序，可在分離前除去多余的引物、鹽分、核苷酸等，所用測(cè)序體積是Sanger雙脫氧終止法的1/300，測(cè)序成本明顯降低，而且可進(jìn)行固相測(cè)序。

2.微流控芯片在蛋白質(zhì)分析中的應(yīng)用

2.1 酶學(xué)分析

在硅片、玻璃芯片、石英芯片或者高分子聚合物芯片上構(gòu)筑簡(jiǎn)單的十字通道或者反映艙，加上電化學(xué)檢測(cè)器、光學(xué)檢測(cè)器或者其他的檢測(cè)系統(tǒng)就可以完成簡(jiǎn)單的酶的測(cè)定。如，Hadd-AG在芯片上制作了具有5個(gè)溶液出入通道的酶檢測(cè)系統(tǒng)，首先將熒光基團(tuán)底物RBG與Tris緩沖液混合，在與β-半乳糖苷酶溶液和競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑PETG溶液混合，反應(yīng)后底物酶解產(chǎn)物產(chǎn)生熒光物質(zhì)通過(guò)激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)器檢測(cè)。該系統(tǒng)所用的酶和底物僅為120pg和7.5ng，比常規(guī)分析方法減少4個(gè)數(shù)量級(jí)，顯示了微流控分析芯片酶法分析在藥物研制臨床診斷等領(lǐng)域的良好運(yùn)用前景。

2.2 免疫分析

免疫分析是最重要的分析方法之一，常規(guī)的免疫分析需要比較長(zhǎng)的分析時(shí)間，液體處理過(guò)程也比較麻煩，而且需要比較多的昂貴的抗體試劑。微流控分析芯片可以有效的克服這一缺點(diǎn)，在芯片上整合分析系統(tǒng)可以加強(qiáng)反應(yīng)效率，簡(jiǎn)化分析過(guò)程、減少分析時(shí)間、降低試劑的消耗。如Sato等用抗CEA抗體預(yù)先包被聚苯乙烯珠并導(dǎo)入到通道中，在通道中構(gòu)筑了一道圍堰來(lái)?yè)踝∵@些微珠，然后與含有CEA的血清樣本、一抗、膠體金標(biāo)記的二抗進(jìn)行反應(yīng)，通過(guò)3種抗體進(jìn)行的夾心法免疫分析可以超痕量的檢測(cè)血清分鐘的CEA，整個(gè)分析時(shí)間減少到35min左右。

2.3 蛋白質(zhì)組學(xué)研究

蛋白質(zhì)柱分析被認(rèn)為是繼基因組分析后最具有潛力的領(lǐng)域。隨著技術(shù)的發(fā)展，蛋白質(zhì)組研究已經(jīng)從基于凝膠電泳分離向著與質(zhì)譜聯(lián)用的方向發(fā)展。由于蛋白質(zhì)組研究需要大規(guī)模、高通量的蛋白分析和鑒定方法，因此耗樣量低、高通量的微流控芯片分析技術(shù)與高靈敏的質(zhì)譜檢測(cè)技術(shù)聯(lián)用具有很大優(yōu)勢(shì)。如，Gao在芯片上集成了蛋白質(zhì)分解、多肽分離和質(zhì)譜鑒別集成裝置，該裝置使原來(lái)數(shù)小時(shí)完成的工作在5min內(nèi)完成，試劑用量在納克或者納克以下。

3 微流控芯片在細(xì)胞生物學(xué)中的應(yīng)用

隨著微流控芯片的不斷發(fā)展，,微流控分析芯片技術(shù)正不斷地向細(xì)胞組學(xué)的研究領(lǐng)域進(jìn)行滲透。微流控芯片在細(xì)胞生物學(xué)中的應(yīng)用主要包括細(xì)胞的培養(yǎng)、細(xì)胞的分離與操縱，細(xì)胞組分分析以及細(xì)胞全分析系統(tǒng)。

如，Carlson等報(bào)道了用靜水壓力驅(qū)動(dòng)的方法對(duì)血液樣本中的細(xì)胞進(jìn)行分離。由于紅細(xì)胞的體積遠(yuǎn)小于白細(xì)胞，且粘性小，所以紅細(xì)胞以較快的速度通過(guò)微流路網(wǎng)絡(luò)。

細(xì)胞全分析系統(tǒng)，指將細(xì)胞的三維培養(yǎng)、細(xì)胞刺激、細(xì)胞分離、溶胞以及細(xì)胞組分分離和分析集為一體的微流控系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)不僅可快速分析細(xì)胞，而且可重復(fù)利用。

微流控芯片分析系統(tǒng)通過(guò)在微米通道與結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)微型化，在分析性能上帶來(lái)了巨大的優(yōu)點(diǎn)：

1）縮短反應(yīng)時(shí)間，提高分析效率，許多分析過(guò)程可以在數(shù)分鐘內(nèi)完成；

2）節(jié)約試劑和樣本，微流控分析的試樣與試劑消耗已降低至數(shù)微升水平，并且隨著技術(shù)水平的提高，還有可能進(jìn)一步減少；

3）易于集成化、便攜化，操作簡(jiǎn)便，更易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

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