微流控芯片细胞培养应用

细胞是所有有机体结构与功能的基本单位，是生命活动的基本单位。因此，对细胞本质的研究对于研究细胞的生命本质至关重要。在这一过程中，对细胞的研究已从细胞总体结构和亚细胞结构深入到分子结构，尤其是不仅要从形态学上研究细胞内各部分的亚显微结构，超微结构和分子结构，也是研究生命活动，如细胞内各部分的化学成分、代谢、信号传递，以及它们之间的相互关系，从而揭示生物体的分化、生长、遗传、变异等基本生命活动规律。

生物实验中，细胞培养是生物研究的基本操作单元，在无菌、适宜的温度、稳定的酸碱度和一定营养条件下，通过可模拟人体内环境的体外培养，培养细胞，保持细胞结构与功能。近几年来，国内外学者对细胞生物学的主要理论研究，如细胞全能性的揭示、癌变机制与细胞衰老、细胞周期及其调控、基因表达与调控、细胞融合及某些细胞工程技术的建立等，都是与细胞培养技术不可分离的。

从实际应用来看，动物细胞培养对于药物开发、疫苗生产、肿瘤防治等医学领域的研究是一个崭新而有力的新方法。

随著研究的不断深入，各种与细胞有关的检测技术不断发展，使人们可以从不同层面、不同角度获取细胞相关的重要信息。但是，细胞培养技术仍然停留在传统的瓶、微孔板形式，操作繁琐，试剂消耗大。其严重性在于，相对于细胞的微小大小，培养环境与体内环境差异较大，在客观上很难真实反映生理状态下细胞的某些生物学特性。

伴随着现代生物学研究模式的不断转变，以细胞为目标的微芯片研究受到了许多研究者的关注。微流体作为一种可以在微米级流道中对纳升或皮升量级流体进行操作的技术，是当今飞速发展的多学科高度交叉的科学技术前沿领域之一。研究表明，微流体控制技术将成为细胞芯片研究中极为重要的技术平台。微流体芯片是一种高度并行化、自动化的集成微型芯片，可将数以万计的细胞培养和检测单元集成到几平方厘米面积上，只有纳升或皮升级。

微流体技术以其高通量、小型化、集成化等优点吸引了国内外众多研究团队进行细胞芯片研发，微流控芯片不同操作单元技术组合灵活，在细胞研究中，总体控制和尺度集成的特点主要体现在以下几个方面：①芯片通道(通常10-100μm)与哺乳类细胞的直径相匹配；有利于细胞的操作和分析；②芯片的多维网络结构形成一个相对封闭的环境，其空间特性接近于生理状态，因而容易形成类似于生理状态的细胞培养微环境；③芯片通道微尺度下传热，质谱传递速度快，能提供良好的细胞研究环境；④晶片可满足高通量的细胞分析，并具有同时获得大量生物信息的潜力：⑤多元芯片技术的灵活组合，使得整合的细胞研究成为可能，例如，组织/细胞进样、培养、分离、分解和分离检测等过程均可集成到一个芯片中。