微流控技术在细胞分析中的应用研究

微流控技术是一种能够精确控制并操作微尺度流体的技术。近二三十年以来，随着纳米制造技术的成熟以及生化技术对微量液体操控的需要，微流控技术进入了高速发展期。相较于传统检测方法而言，微流控平台具有反应迅速，高流通量，便于携带，自动化潜力高等优势。

自从1998年Burns等研究人员提出了集成多种生物生物、化学分析等功能于一张微小芯片上（即“芯片实验室”概念）后，微流控技术就表现出了优异的临床检测、精准医疗的应用前景。近几年来，开发“芯片实验室”，也就是微型全分析系统，已经发展到物理、微电子、材料、化学、生物、医学等多学科交叉的新领域。研制可用于细胞培养、筛选、分析的微流控芯片，也是目前微流体领域的一个研究热点。

由于微流控技术具有小型化、高通量等特点，使其有潜力能够利用珍贵稀少的组织细胞样本进行高通量分析，有力地支持了精准医疗、个性化医疗。

Irena等研究人员通过验证发现，利用数字微流控芯片上进行细胞培养、药物细胞毒性分析实验是可行的。在此次实验中，为了减少细胞表面对细胞及蛋白质的吸附，在液滴中添加了普朗尼克F68，此项操作降低了驱动液滴所需要的电压，极大地降低了电流对细胞的损害。

Ada等研究人员研制出了PDMS微流体控制芯片，该芯片利用特殊设计的微流体通道，产生含有单细胞的液滴，可在2.4cm×2.4cm大小的芯片上对肿瘤细胞及原肿瘤组织细胞进行药物筛选。

以微流体控制芯片为基础的3D细胞培养技术是近年来在生物医学领域中应用微流体控制技术的另一类发展方向。相较于2D细胞培养法，3D环境下的细胞培养能更好地模拟真实的细胞生长环境、反应细胞与细胞外基质之间的相互作用。

在Yu等人设计的PDMS芯片上，利用多个平行细胞培养腔和微通道交联，模拟人体内组织与毛细血管网的相互作用。Raty等研究人员的实验结果表明，结合多孔细胞培养腔体与PDMS的特殊结构，通过灌注水凝胶形成多个平行的3D细胞培养腔体，完全能够构建一个完全兼容传统实验方法的高通量3D细胞培养微流控制平台。

除了以细胞培养为基础的微流控制芯片外，还存在另一个研究焦点，便是能够替代大型流式细胞仪装置的微型细胞分选芯片。除考虑荧光标记、微流控芯片大小等因素外，还可对细胞进行介电泳筛选。用介电泳效应和特殊设计的微流道，在非均匀电场中将不同极性的细胞传递到不同电场强度的地方，Takahashi等对高通量细胞完成了筛选。除此之外，惯性微流控技术也常用于细胞分选。

Kwon等人利用螺旋微流道，通过微流控制芯片，如死亡细胞、细胞碎片，将细胞培养液中的死亡细胞分离出来，可以进一步应用于灌注细胞的培养。Abdulla等人设计的多个微流道级联的微流控芯片，不需要在细胞上做任何标记，就可以实现肿瘤细胞与稀释全血样品的分离，从而使循环中肿瘤细胞的存活率高，便于后续药敏筛选等实验。

近几年，微流体技术在临床诊断领域的应用研究，大大推动了现场、实时、精确、个性化医疗的发展。虽然目前微流控技术的全面推广还受到制备工艺复杂、芯片对生物化学组分的吸附等一系列问题的制约，但随着新材料、新技术、新发现的不断涌现，各学科的研究者对微流控技术的不断研究与完善，微流控技术在临床诊断领域乃至基础医学研究领域的巨大潜力是不容置疑的。