微流控系统的研究进展盘点

什么是微流控芯片？

微流体依赖于约束在某种类型的小型平台上精确液体的控制和操纵。如果要将样品制备、生化反应、结果检测等步骤集成到一块几平方厘米的芯片上，这时功能强大的微流体装置就显得必不可少了。

这种平台称为“微流控芯片”，是利用常规的平面加工工艺（光刻、腐蚀等）在硅、玻璃上制作的，或是在有机材料上印制、成型出微结构的“软光刻”微加工方法而成。

微流控分析芯片最初在美国被称为“芯片实验室”（lab-on-a-chip），在欧洲被称为“微整合分析芯片”（micrototal analytical systems），它是微流控技术（Microfluidics）实现的主要平台，可以把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，自动完成分析全过程。在“微流控芯片”系统上，有着体积轻巧、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等优点。

1）CTC分离和检测的“好帮手”

来自宾夕法尼亚州立大学教授Tony Jun Huang发明了一种叫做“声钳”的装置，是利用超声波在特定的容器或反应腔内对目标样品（生物粒子或细胞等）进行分离、捕获等操纵的技术。

Huang教授表示，微声的流体系统功率强度和频率保持在生物相容的范围内。从本质上讲，声学处理过程不改变细胞的属性。声光射流的能量密度用于超声成像对妊娠试验非常相似，这已被证明是绝对安全的。

事实上，这种技术是如此的生物温和，可以用来转移蛋白质、高分子量DNA和活细胞，且具有无损伤或损失的可行性。这使得它适合于各种各样的应用，包括蛋白质组学和基于细胞的检测。“声钳”微流体（Acousto fluidics）能够在一个手机大小的廉价设备上提供高精度、高通量、高效的细胞/颗粒/流体操纵。

3）纸基微流控芯片

科罗拉多州大学Henry Group 项目的领衔者、化学教授Charles Henry博士表示：纸基微流控纸芯片(paper-based microfluidic analytical devices，μPADs)是一种新兴的微流控分析技术平台，具有成本低、加工简易、使用和携带方便等优点，在临床诊断、食品质量控制和环境监测等应用领域具有很大的应用前景。它用纸张作为基底替代硅、玻璃、高聚物等材料，这种分析器件被称为纸上微型实验室，也称微流控纸分析器件。

在Henry教授看来，纸基微流控芯片在临床诊断上的应用集中在肽核酸的比色检测中，使用纸基微流控芯片的检测速度远高于细菌和病毒检测。此外，他们实验室基于“纸基微流控芯片”开发了一种环境中PM2.5暴露情况的诊断。

4）液滴微流控系统

液滴微流控系统（Droplet microfluidics，也称“微流控液滴”）是微流控芯片领域的一个新的分支，可被广泛应用于液滴微反应器、药物输运和释放、单细胞包裹分析、基于液滴的数字化PCR、组织工程、诊断成像等，微液滴技术在商业上应用最为成功的例子要数喷墨打印机，可以极大减少用墨量的同时提高了打印的质量。

来自加拿大滑铁卢大学（University of Waterloo）机械与机电工程系芯片实验室技术主任Carolyn Ren教授表示，她的实验室评估了气-液系统，以及依赖于两种不混溶液体的系统。结果表示：液滴生成基本的转运、捕捉和分类现象，以不同的几何形状的生成物理模型和液滴分选区。

在她进行的试验中，与传统的板式法相比，其设计的液滴微流控系统的容量是前者的1/1000。该技术平台可应用于药物筛选，DNA检测和蛋白质的结晶等其他应用。当然，这项技术也采用了电传感机制，如电容和微波传感。

汶颢设计并开发了一系列标准微流控芯片，包括玻璃、PMMA、PDMS等材质。标准芯片能够满足常规应用需求，包括液滴发生、溶液混合、细胞培养、浓度梯度等。为了配合标准芯片的使用，方便样品导入和实验观察，公司提供一系列标准夹具。夹具具有连接简单、操作方便、节省客户时间等优点。