微流控芯片是20世紀(jì)90年代在分析化學(xué)領(lǐng)域發(fā)展起來(lái)的，它以微管道網(wǎng)絡(luò)為結(jié)構(gòu)特征，以生命科學(xué)為主要應(yīng)用對(duì)象，并開(kāi)始在分析化學(xué)、生命科學(xué)及生物醫(yī)學(xué)器件等領(lǐng)域發(fā)揮愈來(lái)愈重要的作用，是當(dāng)前生命科學(xué)、化學(xué)、微機(jī)械和微電子學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

微流控芯片的基本結(jié)構(gòu)是比較簡(jiǎn)單的，就是在幾十個(gè)平方厘米的基板上加工出微通道，然后將蓋片和基片鍵合到一起，以形成封閉的微流體通道。由于微型化、集成化的微流控芯片具有高效、快速、試樣用量少、節(jié)約藥品等優(yōu)點(diǎn)，并在氨基酸和蛋白質(zhì)的分離、免疫分析、DNA分析和測(cè)序、生物細(xì)胞研究等方面顯示出巨大的潛力。這必將對(duì)疾病診斷和治療、新藥開(kāi)發(fā)、食品衛(wèi)生等諸多領(lǐng)域產(chǎn)生革命性的影響。

微流控芯片的基體材料，最常用的是晶體硅和玻璃。晶體硅具有散熱好、強(qiáng)度大、價(jià)格適中、純度高和耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，但絕緣性和透光性較差，深度刻蝕困難、硅基片的粘合成功率低影響了硅的應(yīng)用。玻璃是現(xiàn)今使用得最多的一種芯片材料，因?yàn)椴Ａв幸欢ǖ膹?qiáng)度、散熱性、透光性和絕緣性大都比較好，很適合通用的樣品分析；但存在深度刻蝕困難，鍵合溫度高且鍵合成品率低等缺點(diǎn)。塑料價(jià)格便宜、絕緣性好，可施加高電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)快速分離，成形容易，批量生產(chǎn)成本低，易獲得高深寬比的微結(jié)構(gòu)，經(jīng)紫外、激光和化學(xué)處理后還可以改變電滲流，具有廣闊的應(yīng)用前景。但塑料的導(dǎo)熱性差，熱封接后微通道容易變形，雖然可以采用粘接方法，但粘接劑易堵塞微通道。硅橡膠（PDMS）具有價(jià)格便宜、絕緣性好、易成形和批量生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，采用光激發(fā)檢測(cè)時(shí)產(chǎn)生的背景熒光比塑料低，已成為另一個(gè)研究熱點(diǎn)。

微流控芯片在生命科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

一、蛋白質(zhì)分析

在蛋白質(zhì)分析技術(shù)中，蛋白質(zhì)芯片是一種高通量。微型化和自動(dòng)化的新型分析手段。目前蛋白質(zhì)芯片主要有兩種：一種類(lèi)似于DNA芯片，即在固相支持物表面高密度排列的探針蛋白

點(diǎn)陣，可特異地捕獲樣品中的靶蛋白，然后通過(guò)檢測(cè)器對(duì)靶蛋白進(jìn)行定性或定量分析；另一種就是微流控芯片，通過(guò)在玻璃片或硅片上設(shè)置各種微泵、微閥、微電泳以及微流路，可將生化實(shí)驗(yàn)室的分析功能濃縮固化在蛋白質(zhì)芯片上，然后在電場(chǎng)作用下，樣品中的蛋白質(zhì)通過(guò)芯片上的孔道分離開(kāi)來(lái)，經(jīng)噴霧直接進(jìn)入質(zhì)譜儀中進(jìn)行檢測(cè)，以確定樣品中蛋白質(zhì)的分子量及種類(lèi)。

    二、免疫分析

從一種復(fù)雜的生物樣品中確定量地分析某種特定的蛋白質(zhì)在生命科學(xué)研究中經(jīng)常用到。經(jīng)過(guò)多年的應(yīng)用和發(fā)展，免疫分析已經(jīng)成為臨床診斷、生物醫(yī)學(xué)以及環(huán)境化學(xué)研究中一種有力的分析手段。免疫分析按抗原和抗體在反應(yīng)過(guò)程中是否分離可分為均相和非均相免疫分析。

1、均相免疫分析

    在微流控芯片上進(jìn)行免疫分析是對(duì)毛細(xì)管電泳免疫分析技術(shù)的重大變革。這種微片裝置是在微型的玻璃片或者硅片上采用化學(xué)刻蝕等技術(shù)產(chǎn)生一些微小的通道來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的毛細(xì)管作為電泳分析的場(chǎng)所。

2、非均相免疫分析

非均相免疫分析是指在反應(yīng)過(guò)程中將親和反應(yīng)的一方固定于載體上，該方法所采用的載體通常是高分子聚合物。非均相免疫分析的方法在疾病診斷及藥物學(xué)研究領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，其中通過(guò)對(duì)微流控芯片表面進(jìn)行修飾的非均相免疫分析最為常用，為了防止蛋白質(zhì)非特異性吸附的發(fā)生，在分析之前必須對(duì)芯片進(jìn)行預(yù)處理。

三、DNA分析及測(cè)序

1、DNA分析

微流控芯片可用于迅速分離DNA限制性片段PCR產(chǎn)物，比常規(guī)的毛細(xì)管電泳分離要快得多。在微流控芯片上觀察熒光標(biāo)記DNA的重復(fù)三聯(lián)體序列，分離速度是常規(guī)毛細(xì)管電泳的幾十倍。帶有微柱的微流控芯片可以將不同長(zhǎng)度的DNA分子經(jīng)過(guò)電泳分離開(kāi)來(lái)，在脈沖電場(chǎng)下，速度快、靈敏度高，而且PDMS價(jià)格低，制作工藝簡(jiǎn)單，可以大量生產(chǎn)，因此具有較大的應(yīng)用前景。

2、DNA測(cè)試

    用微流控芯片四色標(biāo)記測(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)縮微到芯片上進(jìn)行測(cè)序，可在分離前除去多余的引物、鹽份、核苷酸等，所用測(cè)序體積是Sanger雙脫氧鏈終止法的1/300，測(cè)序成本明顯降低，而且可進(jìn)行固相測(cè)序。

四、細(xì)胞培養(yǎng)及檢測(cè)

微流控芯片技術(shù)用于細(xì)胞培養(yǎng)及其生化分析已引起較廣泛的關(guān)注，如細(xì)胞操作，綠色熒光蛋白的表達(dá)，基因轉(zhuǎn)染，細(xì)胞活性測(cè)試，細(xì)胞分離，細(xì)胞內(nèi)鈣離子的測(cè)量，激素分泌檢測(cè)以及高通量的細(xì)胞含量分析等。

   微流控芯片在生命科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展前景

微流控芯片是通過(guò)在芯片上加工出微型通道和其他的功能單元，實(shí)現(xiàn)樣品的進(jìn)樣，反應(yīng)、分離和檢測(cè)等過(guò)程。它是一種多功能快速、高效、試樣用量少的微型實(shí)驗(yàn)室裝置，其最終目標(biāo)是建立微全分析系統(tǒng)或微芯片實(shí)驗(yàn)室。經(jīng)過(guò)十余年的發(fā)展和改進(jìn)，該技術(shù)已經(jīng)取得了喜人的成就，尤其在生命科學(xué)研究中表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。

微流控芯片技術(shù)是一門(mén)新興的交叉技術(shù)，它的完善需要化學(xué)、微電子及微機(jī)械學(xué)、材料及生命科學(xué)工作者的協(xié)同努力才能實(shí)現(xiàn)。近年來(lái)該技術(shù)正朝著微型化、集成化、自動(dòng)化的方向迅速發(fā)展，可以預(yù)料，在不久的將來(lái)它必將成為生命科學(xué)最主要的分析研究手段之一。