微流控细胞芯片的微型化与集成化功能

       微流控芯片的最显著特征之一在于微型化,其主要体现在微流控芯片和微米级管道的空间尺度,以及其对研究对象的处理与检测水平。

       首先，微流控芯片尺寸较小。目前使用的芯片大小为数cm2。

       其次,在微流控芯片内进行的样品处理量都在mL, nL,甚至pL 级。微流控芯片内开展的微量实验操作在物质消耗方面显示出很大的优势,尤其是在处理某些珍贵的样品和试剂的过程中。

       第三,微流控芯片具有低能量消耗的特点,这主要是基于其可微量操作性。

       此外,微流控芯片对物质研究,采取微区域界面处理模式,极大提高了对研究对象的可控制性,特别是针对细胞的操作。

       随着微机电加工技术(Microelectromechanical systems,MEMS)的发展,流控芯片进入了一个迅速发展的时期,各种基于微流控芯片的操作技术单元不断涌现。与传统的实验室操作相比,尽管这种微型化操作显示出许多突出的优势(如便携、廉价、操作简单、样品消耗低等),然而单一芯片操作单元并不能满足常规研究操作系列化的需求。作为微流控芯片的主要特征,各种技术单元的功能组合与集成有利于开展各种高通量和系列化操作与实验研究。近年来,随着各种单元操作技术的日臻成熟,大规模集成化已成为微流控芯片技术发展的趋势之一。以此为技术支撑,研究人员已构建出了许多前沿性的芯片分析平台。在细胞生物学研究领域,微流控芯片技术的渗透,极大地提高了细胞操控与分析能力的连续性。例如,Gómez-Sjöberg 等建立了一种多功能、自动化细胞培养集成微流控系统。该系统提供了96 个独立的细胞培养单元,能够分别控制细胞培养条件,包括细胞接种密度、培养液组成成分和营养供给时间,以及细胞影像操作。Fan 等构建了一种开展单细胞全基因分子单体型分析的集成微流控芯片系统。该系统实现了单细胞定位、蛋白酶解与染色体释放、单个染色体的分离、分配与扩增等一系列操作功能的集成。以上研究进展表明了芯片系统对活细胞时空控制培养与分析的可行性。因此,集成微流控芯片技术以更加优秀的时间与空间控制、实时监测与操作能力,在诸多研究领域得到广泛应用。