微流控，是一種精確控制和操控微尺度流體，尤其特指亞微米結(jié)構(gòu)的技術(shù)。在DNA芯片，芯片實(shí)驗(yàn)室，微進(jìn)樣技術(shù)，微熱力學(xué)技術(shù)等方向發(fā)展。而微流控分析芯片是微流控技術(shù)（Microfluidics）實(shí)現(xiàn)的主要平臺，可以把生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)分析過程的樣品制備、反應(yīng)、分離、檢測等基本操作單元集成到一塊微米尺度的芯片上，自動(dòng)完成分析全過程。有著體積輕巧、使用樣品及試劑量少，且反應(yīng)速度快、可大量平行處理及可即用即棄等優(yōu)點(diǎn)的微流控芯片，可以開發(fā)出生物計(jì)算機(jī)、基因與蛋白質(zhì)測序、質(zhì)譜和色譜等分析系統(tǒng)，成為系統(tǒng)生物學(xué)尤其系統(tǒng)遺傳學(xué)的極為重要的技術(shù)基礎(chǔ)。
微流控芯片的原理
微流控芯片采用類似半導(dǎo)體的微機(jī)電加工技術(shù)在芯片上構(gòu)建微流路系統(tǒng)，將實(shí)驗(yàn)與分析過程轉(zhuǎn)載到由彼此聯(lián)系的路徑和液相小室組成的芯片結(jié)構(gòu)上，加載生物樣品和反應(yīng)液后，采用微機(jī)械泵。電水力泵和電滲流等方法驅(qū)動(dòng)芯片中緩沖液的流動(dòng)，形成微流路，于芯片上進(jìn)行一種或連續(xù)多種的反應(yīng)。微流控芯片的最大特點(diǎn)是在一個(gè)芯片上可以形成多功能集成體系和數(shù)目眾多的復(fù)合體系的微全分析系統(tǒng)。而微型反應(yīng)器是芯片實(shí)驗(yàn)室中常用的用于生物化學(xué)反應(yīng)的結(jié)構(gòu)，如毛細(xì)管電泳、聚合酶鏈反應(yīng)、酶反應(yīng)和DNA 雜交反應(yīng)的微型反應(yīng)器等 。其中電壓驅(qū)動(dòng)的毛細(xì)管電泳（Capillary Electrophoresis ， CE） 它是在芯片上蝕刻毛細(xì)管通道，在電滲流的作用下樣品液在通道中泳動(dòng)，完成對樣品的檢測分析，如果在芯片上構(gòu)建毛細(xì)管陣列，可在數(shù)分鐘內(nèi)完成對數(shù)百種樣品的平行分析。因?yàn)檩^容易在微流控芯片上實(shí)現(xiàn)，因而成為其中發(fā)展最快的技術(shù)。自1992 年微流控芯片CE 首次報(bào)道以來，首臺商品儀器是微流控芯片CE 生化分析儀（Aglient） ，可提供用于核酸及蛋白質(zhì)分析的微流控芯片產(chǎn)品。
微流控芯片的發(fā)展
微全分析系統(tǒng)的概念是在1990年首次被提出，當(dāng)時(shí)主要強(qiáng)調(diào)了分析系統(tǒng)的“微” 與“全”，及微管道網(wǎng)絡(luò)的MEMS加工方法，而并未明確其外型特征。次年Manz等即在平板微芯片上實(shí)現(xiàn)了毛細(xì)管電泳與流動(dòng)。微流控分析系統(tǒng)從以毛細(xì)管電泳分離為核心分析技術(shù)發(fā)展到液液萃取、過濾、無膜擴(kuò)散等多種分離手段。其中多相層流分離微流控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，有多種分離功能，具有廣泛的應(yīng)用前景。逐漸地，微流控分析系統(tǒng)從以電滲流為主要液流驅(qū)動(dòng)手段發(fā)展到流體動(dòng)力、氣壓、重力、離心力、剪切力等多種手段。
微流控芯片的特點(diǎn)
芯片集成的單元部件越來越多，且集成的規(guī)模也歸來越大，使著微流控芯片有著強(qiáng)大的集成性。同時(shí)可以大量平行處理樣品，具有高通量的特點(diǎn)，分析速度快、耗低，物耗少，污染小，分析樣品所需要的試劑量僅幾微升至幾十個(gè)微升，被分析的物質(zhì)的體積甚至在納升級或皮升級。廉價(jià)，安全，因此，微流控分析系統(tǒng)在微型化、集成化、便攜化方面的優(yōu)勢為其在生物醫(yī)學(xué)研究、藥物合成篩選、環(huán)境監(jiān)測與保護(hù)、衛(wèi)生檢疫、司法鑒定、生物試劑的檢測等眾多領(lǐng)域的應(yīng)用提供了極為廣闊的前景。
微流控芯片的前景
微流控分析芯片最初只是作為納米技術(shù)革命的一個(gè)補(bǔ)充，在經(jīng)歷了大肆宣傳及冷落的不同時(shí)期后，最終卻實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化生產(chǎn)。微流控分析芯片最初在美國被稱為“芯片實(shí)驗(yàn)室”（lab-on-a-chip），在歐洲被稱為“微整合分析芯片”（micrototal analytical systems），隨著材料科學(xué)、微納米加工技術(shù)和微電子學(xué)所取得的突破性進(jìn)展，微流控芯片也得到了迅速發(fā)展，但還是遠(yuǎn)不及“摩爾定律”所預(yù)測的半導(dǎo)體發(fā)展速度。原則上，微流控芯片可以用于各個(gè)分析領(lǐng)域，如生物醫(yī)學(xué)、新藥物的合成與篩選、以及食品和商品檢驗(yàn)、環(huán)境監(jiān)測、刑事科學(xué)、軍事科學(xué)和航天科學(xué)等其他重要應(yīng)用領(lǐng)域，其中生物分析是熱點(diǎn)。目前其應(yīng)用主要集中在核酸分離和定量、DNA 測序、基因突變和基因差異表達(dá)分析等。另外，蛋白質(zhì)的篩分在微流控芯片中也已有報(bào)道針對病原微生物基因組的特征性片段、染色體DNA 的序列多態(tài)型、基因變異的位點(diǎn)及特征等，設(shè)計(jì)和選擇合適的核酸探針，經(jīng)PCR 擴(kuò)增后檢測，就能獲得病原微生物種屬、亞型、毒力、抗藥、致病、同源性、多態(tài)型、變異和表達(dá)等信息，為疾病的診斷和治療提供一個(gè)很好的切入點(diǎn)。
國際上公認(rèn)的PCR 產(chǎn)物檢測共有五種方法，按其靈敏度高低順序排列為：毛細(xì)管電泳法、固相雜交法、液相雜交法、高壓液相雜交法和凝膠電泳法（不推薦臨床） 。而微流控芯片CE 以毛細(xì)管電泳為該芯片主體，無需進(jìn)行探針雜交，受檢樣品的信號獲得率接近百分之百。并且可檢測15~7500bp范圍的PCR產(chǎn)物，分辨率可達(dá)20bp ，樣品微量化使擴(kuò)散進(jìn)一步減少，分離效果極好，每孔可供多個(gè)不同的PCR 產(chǎn)物作同時(shí)分析。
我國在微流控分析方面的研究雖然起步較晚，但在多個(gè)相關(guān)的學(xué)科領(lǐng)域都具有足夠的經(jīng)驗(yàn)積累與優(yōu)勢。中國芯片產(chǎn)品占領(lǐng)微流控芯片市場指日可待。
