微流控生物芯片

微全分析系统(?TAS)或者“芯片实验室”（Lab-on-a-Chip）已经越来越受到人们的关注。微流控芯片实验室是在微机械、微电子、生物工程以及纳米技术基础上发展起来的一门全新的交叉学科，涉及到物理、化学、生物等多个基础学科领域。它以微流控技术为基础，制备出小尺度（从微米到纳米）的通道、腔、阀、泵等流体器件，并利用各种物理手段，研究小尺度上流体的特异性质，发展小尺度控制流体运动和物理化学变化。目前，这门学科已经成为国际上的一个研究热点，其专业期刊《Lab on a Chip》自2001年创刊以来已经成为这个领域最具代表性的权威杂志，相关的专业国际会议μTAS每年召开，微流的研究正在不断地扩展到其他相关领域。

1.基于微流芯片的CTCs循环肿瘤细胞检测捕捉与研究

开发基于微流芯片的CTCs循环肿瘤细胞高效捕捉与鉴别。结合先进的机械、电子、微流控芯片技术和纳米生物技术相结合，实现循环肿瘤细胞的高效捕获和鉴别，进行高效的全血的循环肿瘤癌细胞的检测。并以此发展一套切实高效可行的循环肿瘤细胞检测方式。有效地将其应用于体外早期诊断，化疗药物的快速评估，个体化治疗包括临川筛药、耐药性的检测，肿瘤复发的监测以及肿瘤新药物的开发等。

循环肿瘤细胞（circulating tumour cell），通常把进入人体外周血的肿瘤细胞称为循环肿瘤细胞。肿瘤细胞的一个特征是细胞间的黏附力非常弱，因此肿瘤细胞就有可能从瘤体脱落，如果脱落的部分进入了血液循环，即可成为循环肿瘤细胞。此类细胞可以随着血液循环到远处种植形成转移，也可以与凝血系统作用形成血栓，也有研究说此类细胞可以刺激人体免疫系统可能对肿瘤的治疗有研究意义。普通肿瘤细胞附着在肿瘤体上面，但是剥落的循环肿瘤细胞可以游走到身体各个部位，可以造成转移和其他问题。

2.新型数字化阀控微流平台及其应用在药物开发和抗药筛选方面的研究

通过在现有微流控芯片基础上集成多功能微阀、光学探测、电学分析等功能模块，并利用计算机进行无人职守自动化控制，开发出一套可以用于现代生物医药开发研究的集样品精密进样、化学反应合成、生物药物筛选、细胞培养和在线药物效果分析于一体的数字化阀控生物医药开发微流平台。鉴于微流芯片超微量样品合成处理能力的特征，整个项目将会围绕微流控芯片在微量样品的进样、体积和成份可控的纳升级液滴型微反应液滴（形成微反应腔）的生成，纳升级样品的预处理、纳升级生化样品的合成、纳升级生化样品的分离、纯化及分析筛选等功能上的模块开发以及实现纳升级液滴在微流控芯片各个不同功能单元间进行传输为目标展开。进一步完善生物药物开发研究所需要的化学合成、药物筛选、细胞培养等基础模块，制定标准接口，配合前面微量样品处理、传输模块，争取实现实现基于此超微量功能模块化芯片平台的高通量生物医药开发、合成与筛选、病毒抗药性、个体化跟踪给药等开发研究工作。借此开启超微量功能模块化芯片研究的新思路，为目前的数控模块化芯片开发提供新方法。

3.基于微胶囊包被的单细胞分选与培养

传统的细胞研究，主要基于细胞群体行为的，对一定数目的细胞进行染色或者基因表达分析，然而随着生物学研究的进一步深入，对于单细胞的研究日益正在成为研究的热点，本项目主要依靠微流控芯片这一新的技术平台，在微米尺度对单细胞进行操控，将单个细胞包被进生物微胶囊中，从而为单个细胞的分选与培养创造条件。

通过单细胞的微胶囊包被，可以将单颗癌细胞进行培养，得到纯的癌细胞株，从而为癌症病人的个性化给药，癌症的治疗与诊断创造条件；通过单细胞的微胶囊包被，在细胞层面实现操控，可以利用微胶囊的微环境，对细胞进行不同组分药物的筛选；通过单细胞的微胶囊包被，利用微胶囊内部的凝胶网络，可以进行细胞的三维培养，克服了传统平面培养细胞的缺点，为更真实模拟人体环境，进行细胞试验提供良好的实验平台。

4.基于超声驻波的细胞分选与捕获

微流控芯片中，利用声波对细胞进行操控，分选与捕获。与流式细胞术仪等传统分选手段相比，声学的分选，主要是利用细胞的物理性质（如大小，比重，密度等），不需要对细胞进行荧光染色，不需要对细胞进行磁性颗粒修饰，不需要对细胞进行表面修饰。而声学驻波分选则主要是利用压电陶瓷片，在硬质芯片（如硅基芯片，玻璃芯片）中形成驻波，利用驻波波腹，波节特性受力的不同，对细胞进行分选。当芯片设计合理时，可以使驻波的力足够大，从而捕获细胞，可以对细胞进行在线的培养，当培养结束时，撤去声学激励源，就可以实现细胞的释放，与传统光钳相比，声学驻波的捕获具有稳定好，芯片制作及操控简单，通量高等特点。通过声学驻波的无接触，无损捕获细胞，可以进行血液中血细胞的筛选，可以对细胞尺寸进行分选，可以捕获目标细胞，进行在线的培养。

5.在线芯片生物大分子荧光毛细管电泳与PCR检测联用

主要将在线毛细管电泳和PCR实现分离连用。毛细管电泳（capillary electrophoresis，CE）又称高效毛细管电泳（high performance capillary electrophoresis，HPCE），是一类以毛细管为分离通道、以高压直流电场为驱动力的新型液相分离技术。毛细管电泳实际上包含电泳、色谱及其交叉内容，它使分析化学得以从微升水平进入纳升水平，并使单细胞分析，乃至单分子分析成为可能。而PCR作为一项基本的基本技术手段，已经在生物学中广泛应用。目前的毛细管电泳主要是玻璃芯片，存在通量低，成本高等特点，而PCR平台也存在体积较大，微量样品操作不方便的等特点。在微流控芯片中，通过在微米尺度的通道两端施加电压，可以与荧光发光检测系统结合，实时在线的检测生物样品，在获取生物样品后，通过芯片PCR，可以连续性的，高效的进行产物的扩增检测。

本文节选自武汉大学物理科学与技术学院-赵兴中教授课题组（转载仅为传递有用信息，版权归原作者所有，如侵犯权益，请联系删除）