微流體是具有微尺度（幾十到幾百微米）集成通道的系統(tǒng)科學(xué)和技術(shù)，其中少量流體（通常為10-9至10-18升）可以被系統(tǒng)地控制和操縱，從而按照預(yù)先的設(shè)置進(jìn)行流動。微流體技術(shù)在近幾年來的迅速發(fā)展使其得以在包括食品，醫(yī)療，科技，和環(huán)境等的多個領(lǐng)域大展身手。其中備受矚目的及時現(xiàn)場護(hù)理（POCT），液滴微流體，以及仿生實驗室技術(shù)就能很好地代表微流體近年來在我們生活中扮演的角色。

及時現(xiàn)場護(hù)理（POCT）或床邊測試被定義為在護(hù)理點處或附近的醫(yī)療診斷測試，也就是說，測試就發(fā)生在護(hù)理患者的時間和地點。而傳統(tǒng)意義上的測試幾乎完全依賴于醫(yī)療實驗室。患者樣本需要從護(hù)理點運送到醫(yī)療實驗室，經(jīng)過幾個小時甚至是幾天復(fù)雜的實驗過程，患者才能知道自己的測試結(jié)果。而在等待的時間中，對患者的護(hù)理還在繼續(xù)，即使醫(yī)護(hù)人員并沒有其所需要的患者信息。當(dāng)POCT和電子醫(yī)療記錄結(jié)合使用時，由于可以對患者進(jìn)行目標(biāo)導(dǎo)向治療（GDT），患者的發(fā)病率和死亡率得以降低。

科學(xué)界近幾十年來也見證了POCT的快速發(fā)展，其在家庭醫(yī)療保健，事故點和緊急情況下提供實時診斷方法。與傳統(tǒng)勞動密集型，耗時和昂貴的大型儀器實驗室測試相比，POCT是經(jīng)濟(jì)實惠的，敏感的，特異性的，用戶友好的，快速的，強大的，無設(shè)備的，并且可交付給最終用戶的。因此，POCT滿足世界衛(wèi)生組織提出的“保證”標(biāo)準(zhǔn)的要求。

同時，由于樣品消耗低，處理時間短，靈敏度高，成本低等原因，微流體技術(shù)已成為POCT的神助攻。其已經(jīng)可以集成到一次性設(shè)備中，具有高度的樣品控制力，并可以進(jìn)行多重測試。作為POCT最流行的微流體技術(shù)，側(cè)流測試（LFT）已經(jīng)成為很多資源有限的地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)的生物測定方法。但是LFT在定量性和多重測試性上面還差強人意。

科學(xué)家們多年來致力于開發(fā)具有無設(shè)備定量讀數(shù)的微流體POCT，包括基于強度的測量，基于階梯的檢測，以及基于距離的測量。膽固醇監(jiān)測具有重要的臨床意義，特別是在預(yù)防心臟病方面。早在上個世紀(jì)末，就有科學(xué)家報道了一種用于定量檢測全血中膽固醇的紙條。該紙條分為四個部分：測量區(qū)域，酶試劑墊，樣品墊和芯吸條。當(dāng)芯吸試劑含有HRP的條帶被傾倒，其就使得樣品與固定在酶試劑墊上的膽固醇氧化酶反應(yīng)。反應(yīng)會產(chǎn)生過氧化氫，并與測量區(qū)域中的底物進(jìn)一步反應(yīng)，產(chǎn)生著色產(chǎn)物，其強度與樣品中膽固醇的濃度成正比。這樣的技術(shù)使得未經(jīng)訓(xùn)練的人員都能夠在15分鐘內(nèi)以高精度和準(zhǔn)確的方式進(jìn)行自我測試。類似的，這種方法也可以定量檢測高密度脂蛋白（HDL）的含量。HDL是冠心病（CHD）的重要指標(biāo)。

另一個應(yīng)用非常廣泛的微流體亞類是液滴微流體，其通過微通道內(nèi)的不混溶多相流，產(chǎn)生并操縱離散的液滴。盡管處于發(fā)展的早期階段，微流體最初考慮的是易混溶流體相的連續(xù)流動，液滴微流體的產(chǎn)生和發(fā)展是出于兩種互補的需求：生成用于μTAS研究的微流量反應(yīng)器，以及制造復(fù)雜的基于液滴的顆粒，以進(jìn)行材料研究。在過去的二十多年中，得益于理論和技術(shù)方面的巨大進(jìn)步，液滴微流體已經(jīng)在多個領(lǐng)域得到很廣泛的應(yīng)用。

液滴微流體在過去20年間的進(jìn)步主要體現(xiàn)在以下幾個方面。首先，在芯片的制作方面，受益于新材料的不斷引入，以及制造技術(shù)的日益創(chuàng)新，液滴微流體經(jīng)歷了從簡單的二維（2D）微通道到多功能三維（3D）系統(tǒng)的過渡開發(fā)。而在液滴動力學(xué)方面，微流體液滴產(chǎn)生的原理已經(jīng)得到了深入的研究。人們現(xiàn)在通常會通過被動流體動力學(xué)壓力或是主動的外部驅(qū)動來產(chǎn)生液滴。了解液滴微流體獨特的流體動力學(xué)可以幫助我們精確地控制液滴及其界面，并產(chǎn)生新穎的系統(tǒng)設(shè)計，生成和操縱具有不同形態(tài)和行為的液滴。在應(yīng)用方面，隨著理論和技術(shù)的進(jìn)步，液滴微流體已經(jīng)在生物化學(xué)分析，材料的納米或是微量級生成等方面有了廣泛的運用。

這些年在醫(yī)藥領(lǐng)域運用非常廣泛的藥物篩選系統(tǒng)中就有液滴微流體的身影。藥物發(fā)現(xiàn)是研究藥物和潛在靶點之間相互作用的科學(xué)。藥物發(fā)現(xiàn)過程高度依賴定量和定性的高通量篩選試驗。常規(guī)的篩查方法通常需要很長時間，并且一次實驗中能測試的樣品的數(shù)量一般十分有限。相比之下，微流體技術(shù)提供了高度平行的技術(shù)平臺，滿足了藥物篩選的要求。液滴微流體的運用對于藥物發(fā)現(xiàn)過程的幫助尤為巨大。液滴微流體具有分隔，低污染，分散，快速混合，和低試劑消耗等附加優(yōu)點。因此其已經(jīng)被廣泛運用于藥物發(fā)現(xiàn)平臺，很好地提高了篩選的效率和通量。具體來說，液滴微流體可以運用于化合物庫的篩選，幫助研究人員選擇針對特定靶點的活性分子。此外，液滴微流體也可以進(jìn)行劑量反應(yīng)篩選，根據(jù)目標(biāo)的活性確定合適的化合物濃度。

除了醫(yī)學(xué)檢測和藥物篩選，微流體技術(shù)在基礎(chǔ)研究中也起著十分重要的作用。仿生系統(tǒng)是生物學(xué)研究的一個重要分支，助力包括腫瘤在內(nèi)的多方面的研究。腫瘤中最危險的現(xiàn)象之一是癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移。轉(zhuǎn)移是一個高度組織且具有器官特異性的過程，轉(zhuǎn)移的腫瘤細(xì)胞可能靶向多個目的地，包括肺，肝臟，和骨骼。一個良好的轉(zhuǎn)移實驗?zāi)Ｐ涂梢杂行椭覀兝斫饽[瘤的轉(zhuǎn)移機制，也可以成為潛在的抗轉(zhuǎn)移藥物篩選平臺。

動物模型是傳統(tǒng)的研究腫瘤轉(zhuǎn)移的方法，但是這些模型一般會涉及復(fù)雜的操作程序，造成人力和物力的浪費，增加新藥的研發(fā)成本，推遲新藥的開發(fā)過程。相比之下，體外轉(zhuǎn)移模型就接地氣多了。它們中的大部分都只涉及簡單的操作程序，花費較少，并且能夠節(jié)省研發(fā)的時間。廣泛使用的Transwell就是一個很好的例子。但是，研究人員發(fā)現(xiàn)，在靜態(tài)條件下培養(yǎng)細(xì)胞時，Transwell不能準(zhǔn)確地再現(xiàn)循環(huán)腫瘤細(xì)胞（CTC）對內(nèi)皮的動態(tài)粘附。

模擬動態(tài)CTC轉(zhuǎn)移到多個器官的仿生微系統(tǒng)可以在克服動物模型缺點的同時，保留Transwell系統(tǒng)簡單，便宜和省時的優(yōu)點。作為一種新技術(shù)，微流體為細(xì)胞生長和刺激的空間和時間控制創(chuàng)造了可能性。研究人員已經(jīng)開發(fā)了微型裝置，促進(jìn)關(guān)于細(xì)胞，組織甚至器官的生物學(xué)的應(yīng)用和基礎(chǔ)研究。微流體技術(shù)已經(jīng)成為構(gòu)建仿生模型的理想平臺。這些綜合微系統(tǒng)可以模擬活體器官的復(fù)雜生理功能，如人功能性肺泡的毛細(xì)血管界面。研究人員也已經(jīng)開發(fā)出了基于微流體的平臺，來模擬腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移的過程。

 因此，我們可以看見，微流體理論和技術(shù)的發(fā)展早已突破了研究機構(gòu)的限制，被運用到我們生活的方方面面。可以預(yù)期到，由于其經(jīng)濟(jì)實惠，操作簡便，樣品輸入量少，通量高等潛在的特點，微流體技術(shù)會在越來越廣泛的領(lǐng)域大展身手。

參考文獻(xiàn)：

1. Song, Y. et al. Point-of-care technologies for molecular diagnostics using a drop of blood. Trends Biotechnol. 32, 132–139 (2014).

2. Tian, T. et al. Distance-based microfluidic quantitative detection methods for point-of-care testing. Lab Chip 16, 1139–1151 (2016).

3. Shang, L., Cheng, Y. & Zhao, Y. Emerging Droplet Microfluidics. Chem. Rev. 117, 7964–8040 (2017).

4. Kong, J. et al. A novel microfluidic model can mimic organ-specific metastasis of circulating tumor cells. Oncotarget 7, 78421–78432 (2014).

2017微流控芯片前沿研討會將于11月17-18日在上海召開。

此次會議嘉賓有：林炳承 中科院大連物化所教授、朱永剛 哈爾濱工業(yè)大學(xué)教授、林金明 清華大學(xué)教授、馬波 中科院青島能源所教授、鄧玉林 北京理工大學(xué)生命科學(xué)院教授、牟穎 浙江大學(xué)教授、陳健 中國科學(xué)院電子學(xué)研究所副教授、王瑋 北京大學(xué)教授，微電子學(xué)研究院副院長、王琪 大連醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院、楊朝勇 廈門大學(xué)教授、孫佳姝 國家納米中心、趙遠(yuǎn)錦 東南大學(xué)生物科學(xué)與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院教授、劉婷姣 大連醫(yī)科大學(xué)教授。

（文章來源：生物谷 科學(xué)網(wǎng)科學(xué)網(wǎng)轉(zhuǎn)載僅供參考學(xué)習(xí)及傳遞有用信息，版權(quán)歸原作者所有，如侵犯權(quán)益，請聯(lián)系刪除）