微流控芯片技术背景和行业介绍

Forbes杂志： 微流控芯片技术是影响人类未来的15件最重要的发明之一。

美国Business2.0杂志：微流控芯片技术是改变未来的七种技术之一。

随着科学技术日益发展的今天，计算机芯片微化了计算程序，高铁缩短了城市间的距离，那么在生物医学领域，面对感染流感、登革热、伊波拉等突发疫情时，如何无需隔离，只需戳一下手指，在等待的15分钟内，喝上一杯咖啡，即可轻松快速得出多项检测结果。“更小更快”的新一代分析检测技术——微流控芯片分析技术。

1.微流控芯片技术

微流控的研究始于80年代初并用于喷墨打印机喷头，DNA芯片，实验室芯片技术，微推动及温度脉冲技术。这项技术能精确控制和操控微尺度流体，尤其特指亚微米结构；其大多数的应用都采用被动流体控制技术，如毛细作用力。在实验室中，通常用于提高芯片操作上的工作效率和流动性，以及减少样品与试剂的体积消耗。微流体与微量的区别在于流体的流动性，通过流体的表面张力、动力消耗与流动阻力控制流体系统。

微流控芯片(Microfluidic Chip) ，又称其为微流控芯片实验室或芯片实验室(Lab-on-a-Chip)，它是微流控技术(Microfluidics)实现的主要平台，可在类似一枚邮票或一张信用卡大小的芯片上完成生物或化学实验室各种功能的技术。它把生物和化学等领域所涉及的样品制备、生物与化学反应、分离、检测，细胞培养、分选、裂解等基本操作单元集成到一块几平方厘米的芯片上，由微通道形成网络，以可控流体贯穿整个系统，自动完成分析全过程。其不仅体积轻巧、使用样品及试剂量少，且反应速度快、可大量平行处理及可即用即弃，是集微量样品制备、进样、反应、分离及检测于一体的快速、高效、低耗的微型分析实验装置。

2.微流控芯片行业发展史

微流控芯片的发展历史最早可以追溯到1975年，Terry等人在一块硅片上加工出了一种气相色谱芯片，能在几秒钟内对混合物进行分离。1990年，瑞士科学家Manz与Widmer首次提出了微全分析系统概念，其目的是为了提高分析能力而不是减小尺寸，但这个概念被提出之后，研究者们很快意识到器件尺寸的减小会带来很多的好处。1995年首家从事微流控芯片技术的Caliper公司成立。2002年Quake等以“微流控芯片大规模集成”为题在 Science上发表文章，微流控芯片引起科学界的广泛关注。2003年，微流控技术被Forbes杂志评为影响人类未来15件最重要的发明之一。

3.微流控芯片的原理

芯片基于免疫分析（immunoassay）原理，利用抗原、抗体以及荧光标靶作为主要根据，将微流控分析技术与免疫分析结合，可在一定程度上克服传统免疫分析的缺点，既可保证准确性亦易于快速分析。美国早前已有类似设备生产，但基于仪器设备仍维持庞大阵型，难于携带，不能很好解决实验室流动性差等问题，而SBT不仅在技术上满足的检测要求，并且将其设备设计为可携带的小型检测仪，还配备云端数据储备与分析功能，既能在实验室工作，也能在流动检疫站及外郊农场工作。

4. 微流控芯片的特点

（1）集成性，芯片集成的单元部件越来越多，且集成的规模也越来越大。所涉及到的部件包括：和进样及样品处理有关的透析、膜、固相萃取、净化；用于流体控制的微阀，微泵；微混合器，微反应器，当然还有微通道和微检测器等。

（2）分析速度快。免疫反应在微通道中进行, 由于其体积小，比表面积大, 缩短了反应时间，提高了分析效率。

（3）高通量。可大量平行处理样品。

（4）能耗低，物耗少，污染小。每个分析样品所消耗的试剂仅几微升至几十个微升，被分析的物质的体积只需纳升级或皮升级。

（5）廉价，安全。

总而言之，由于芯片实验室排污很少，所以被称作是一种“绿色”技术。

5. 微流控芯片的应用前景

微流控技术在各方面都体现了其“微”的特性，微流控技术的应用平台通常被设计成小型芯片，既含盖微流体操作系统又满足实验结果的分析功能。作为一个科技平台，芯片实验室的主要出口是应用。芯片实验室的第一批应用对象集中于生物分析、化学合成和细胞生物学研究等方面，首先波及到生物医学等生命科学的各个领域，特别是临床检验和药物筛选，其中尤以现场即时检测最受关注。

在全球范围内，芯片上进行的应用研究还包括细胞研究、组合化学和昂贵蛋白质结晶等。这样一种势头还将迅速向环境检测、食品安全、司法鉴定、体育竞技、反恐、航天等领域渗透。随着微流控芯片制作技术的不断成熟和各种新型材料的不断开发，微流控芯片的功能将更为完备、集成化程度将更高。以微流控芯片为核心的微全分析系统将使化学分析进入病房、生产现场甚至家庭，在不久的将来一种随身携带用于监测人体健康状况的“掌上型实验室”将开发出来，通过无线通信技术，甚至可以实现远程诊断。

未来的发展趋势，务必是一个高科技的发展，高技术的发展。而这一未来的新兴行业领航者——微流控芯片，必将前景无限。