浓度梯度微流控芯片的应用

 微流控芯片技术是瑞士科学家在20世纪90年代提出，该技术通过运用微机械加工技术将生物学和分析化学等领域中所涉及的样品制备、分离、反应、检测等基本操作单元集成到一块几平方厘米的芯片上，通过微通道形成网络，可控流体贯穿整个系统，用以取代常规生物或化学实验室的各种各种功能，以其微型化、集成化、高通量、该精度的特征在众多生命科学领域显示出巨大的发展潜力和应用价值。

 浓度梯度微流控芯片与其他体外研究体系相比有许多独特的优势。首先浓度梯度微流控芯片可以形成精确的浓度梯度，且通过改变网络通道的构型设计及初始液流的浓度和组合顺序，可获得一系列复杂的浓度梯度。这是其他系统难以达到的。其次，与传统的研究体系相比，浓度梯度微流控芯片具有与体内微血管尺寸相近的微通道且采用灌流培养方式，更接近于体外复杂的微环境，能够进行细胞的生长和分化、细胞趋化和胞内物质分析等，且在此微小尺寸通道中的流体具有层流特性，当两种或更多种不同试剂流入同一通道后，各试剂流能够保持自身的流型不变，而只在相与相的接触界面上发生反应或分子扩散现象，具有较高的稳定性和重现性。最后根据浓度梯度微流芯片设计加工灵活的特点，可以实现多种单元操作技术在整体可控的微小平台上灵活组合、规模集成如可以与电阻、电阀等其他模块组合，以得到所需的任意的浓度梯度，而且所得的梯度具有实时可变性。

 浓度梯度微流控芯片能够精确地控制化学引诱剂浓度梯度的形成和方向。许多的内因子信号，特别是和趋化相关的，通过有两个进口的微流控网络能够在内环境中获得浓度梯度。Jeon研究了在白细胞介素-8形成的梯度下主要中性粒细胞的迁移，并且这种连续流动的浓度梯度急剧下降的梯度空间里的不同的敏感度。Wang等运用集成细胞水平的浓度梯度微流控芯片研究了MDA-MB-231细胞没有表现出趋化现象，但当它们暴露在不同的浓度梯度中时，表现出显著的定向移动。

 在另一个中性粒细胞迁移的时间方面的探索中，Irimia等采用一种浓度梯度转换芯片在研究中性粒细胞对时间依赖逐步升高，逐步降低的反应，以及白细胞介素-8浓度梯度反向后的反应。有趣的是，当浓度梯度逐渐降低到初始浓度一半时，作者观察到了去极化后的复极化时期，由此揭示出以前没被报道过的动力学。Mao等在浓度梯度微流控芯片中采用一个非常低的流速，量化了大肠杆菌的迁移。并成功地指出了野生型和趋化突变株针对几种不同浓度梯度的反应特点，得出的结论符合菌株的已知特性。

 上述提及的获得浓度梯度的方法都依靠液体在微流控芯片通道中持续的流动来保持。Walker等发现，尽管总的迁移距离并不被流速影响，但依赖一定的方法迁移的方向会随着一定的流速流动的方向发生偏向。

 另一个令人关注的浓度梯度微流控芯片的应用是可溶性信号分子的扩散。还有几种报道出来的方法是微流控芯片装置中产生了浓度梯度但没有液体的流动。浓度梯度微流控芯片设计灵活多样，是一个非常大的进步，超过了依赖移液管的方法。然而浓度梯度微流控芯片的易操作性和其批量生产能力还需要改进提高。