生物研究

简介

       微流控芯片技术规模继承的特点使得其对个体生物信息进行高速，并行采集和分析成为可能，是现代生物科学的一个重要信息采集和处理平台，为生命领域研究提供技术支撑和操作平台。利用微流控芯片规模集成、微尺度热传质效应、可控微流体、类仿生空间微结构等特点，目前微流控芯片技术已经在生物基因工程、疾病诊断和药物研究、细胞分析、生物分子间相互作用等领域取得了显著的成果。

分类

A、生物基因工程

      生物基因工程主要基于核酸分子杂交技术，该技术也是生物微芯片技术（基因芯片，DNA芯片）的起源。 一般通过在芯片表面固定高密度的设计好的寡聚核苷酸或cDNA序列点阵，标记荧光探针进行核酸杂交， 通过激光共聚焦扫描显微镜/CCD荧光显微镜等设备分析杂交荧光 信号，进而获得核苷酸配对序列信息。 基因芯片被广泛应用于大规模的基因测序和基因诊断技术，让我们能从基因层面上了解生命活动现象。

B、疾病诊断和药物研究
       随着微流控芯片技术的不断发展，生物芯片技术不局限于高通量的点阵芯片， 渐渐发展成融合生物样本处理纯化、反应标记及检测等多个实验步骤的功能化生物芯片，从而扩大在疾病诊断和药物研究等领域的应用。

C、细胞分析
       在生命科学领域里，对细胞组分形态变化和生命活动分析一直是研究 生命现象的重要方法。微流控芯片类仿生空间微结构的特性为细胞培养， 单细胞捕捉等提供了非常良好的操作平台，并使得集成化的细胞研究成 为可能，诸如细胞进样、培养、分选、裂解和分离检测等过程可在一块 芯片上完成。

D、生物分子间相互作用
       生物分子间的相互作用是研究生命现象的基础，涉及各类小分子化合物、多肽、蛋白质、寡核苷酸和寡聚糖直至类脂、噬菌体、病毒和细胞的生物体系研究。微流控芯片平台提供了动态实时测试生物分子间相互作用的技术，无需借助标记物进行分析，可以实时反映分子结合或解离过程中每一秒变化的情况，能观察两种分子结合的特异性和强度，了解生物分子的结合过程共有多少个协同者和参与者，有助于更真实的了解反应生命现象发生的过程。

生物微流控系统平台集成了光学显微镜、生物芯片、微流体泵、微流体流速控制、电阻抗分析及用于图像分析的电脑等。该系统平台能够完成细胞滚动/粘附、细胞迁移、细胞分选、细胞运动轨迹跟踪、细胞数目统计分析等细胞分析及高通量细胞筛选分析。

生物微流控系统平台在一定程度上可以看成是一个由多个不同的部件组合而成的系统平台，该系统平台主要包括四大部分：进样系统、控制系统、生物芯片及分析系统。

进样系统

? 带有传感器和PID控制的注射泵

? 带有传感器和PID控制的蠕动泵或气动泵 

? 带有传感器和PID控制的压力驱动泵 

? 电驱动（电场力驱动）

控制系统

? 流量计 

? 流量平台

? 其他测量微流体流速的仪器 

生物芯片

生物芯片的主要材质有：玻璃、硅、石英、聚合物（PDMS、PMMA）等。  根据研究目的的不同，生物芯片通道表面需要做不同程度的处理，如亲水或疏水处理、生物蛋白处理等。 此外，微流控芯片依据不同的用途又可分为液滴产生芯片、流速细胞芯片、微混合器芯片、微反应器芯片、电阻抗谱芯片等。对于某些特殊需求的芯片，如3D芯片通道、弯曲芯片通道、大宽度的芯片沟道等，均可实现定制需求。

分析系统 

电学分析

? 电化学阻抗分析——单细胞测量和计数

? 流体连接芯片夹具

光学分析

? 体视显微镜或荧光显微镜——蔡司、尼康、徕卡、奥林巴斯。

? 荧光检测——细胞的生长和活动状况、细胞膜和细胞组分的研究等

? 化学发光和生物发光检测——发光强度可用于确定分析物的浓度，灵敏度和选择性高、线性反应范围宽，利于对分析物的定量分析。仅适用于特定化学发光试剂和细胞的研究。 

? 拉曼检测——适用于对细胞及其生物分子的实时监测。

? 折射率检测——避免了荧光标记和化学修饰对细胞的影响，适于对细胞自然状态的检测。该检测对激光光源及对外部条件如温度、压力和流速的控制要求很高，特殊光学检测结构的设计及光纤等的应用使得微流控折射率检测系统更接近于芯片实验室的概念。 

? 热透镜显微检测——可对单个细胞无创、实时检测。 

? 表面等离子激元共振检测——可对界面上生物分子相互作用的无标记实时监测，通过对生物反应过程中表面等离子激元共振的动态变化监测获取生物分子相互作用的特异信号。检测对象一般是具有配体和受体特异性结合性质的核算、蛋白质、酶及抗体等生物分子，尤其适合对免疫反应的过程监测和定量分析，这对分子特异反应的实时监测也用于细胞的检测和传感。

     生物微流控系统平台主要包括四大部分,用户可根据研究目的需要而选择合适的微流控部件，最后，将各部件组装在一起便构成了一套微流控系统解决方案。