微流控芯片技術研究進展

李玉剛

微流控芯片技術研究進展

李玉剛

微流控芯片分析技術近年來迅速發展, 在生化分析中應用廣泛。本文介紹了微流控芯片技術的加工方法、分離技術及檢測技術, 并從DNA檢測、酶聯免疫分和細胞信號通路研究等方面綜述了其在生化分析中的應用, 對其應用中的不足進行了分析, 對其應用前景做了展望。

微流控芯片；生化分析；紙基微流控；應用

二十世紀90年代Manz和Widmer等［1］提出了一種微型全分析系統(或稱微流控芯片、芯片實驗室等)的概念,在該系統中, 分析樣品的預處理、進樣、化學反應、分離和檢測等功能實現了裝備的微型化、自動化和一體化。

1 微流控芯片技術

1.1微流控芯片的加工方法 微流控芯片技術中, 芯片材料的選擇、尺寸、設計、加工和表面修飾對于該技術至關重要。從20世紀末微流控芯片技術提出以來, 出現了各種各樣的芯片材料, 常見的有：玻璃芯片、石英芯片、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)等塑料芯片。

1.2微流控芯片的高效分離技術 基于芯片的毛細管電泳技術是目前微流控芯片系統中使用最多的高分辨分離技術。利用電泳主要是可以將微流控芯片中的復雜組分離并可以記錄下關于電泳圖譜用于分析。由于微流控芯片幾何尺寸較小,與常規毛細管電泳系統相比, 芯片毛細管電泳系統具有區帶寬度窄、電影分離場強高、分離速度快、分離效率高的優勢。

1.3微流控芯片的檢測技術 微流控分析系統的試樣量在nl和pl級別, 因此檢測系統需要進行微型化, 對于監測系統的靈敏度需要有更高的要求, 還要求其具有更好的選擇性、更快的響應速度和更好的信噪比。按照檢測原理分類, 可以大致將檢測系統分為光學檢測器、電化學檢測器和質譜檢測器。光學檢測器在微流控芯片上應用最早并且至今仍然應用最多。

2 微流控芯片在生化分析技術中的應用

過去的幾十年內, 分析儀器或實驗室設備的微型化已取得重大的進展［2］, 微型全分析系統或芯片實驗室的研究已成研究熱點。在微型化操作、芯片制作、步驟的整合上電化學方法具有很大的優勢。微流控芯片已廣泛應用于臨床分析、環境監測、食物檢測以及生物技術的基礎研究。

2.1DNA檢測 隨著微流控設備的發展, 微流控分析技術越來越多地應用于DNA微陣列分析中。與傳統的DNA分析方法相比, 微流控技術的引入有許多優勢［3］：①微流控分析設備需要的樣品量大大減少, 實現了從ml到μl或pl的跨越；②由于擴散距離的減少使得面容比降低, 目標核酸的雜交反應速度大大加快；③合理設計芯片即可實現單個微流控芯片可同時分析多個樣品, 實現高通量樣品分析。

2.2酶聯免疫分析 酶聯免疫分析技術(ELISA)因其高度選擇性和高靈敏度受到很多研究者的青睞, 但是其冗長的實驗步驟和高勞動強度使得結果容易出錯, 微流控芯片技術的引入可以提高反應效率、簡化實驗步驟、減少分析時間和樣品量的消耗, 是對酶聯免疫分析技術極大的優化。

2.3細胞信號轉導研究 從細胞外微環境進入細胞內結構的信號轉導包括了蛋白質的相互作用、翻譯后修飾和運輸。研究者發明了多種分子生物學方面的技術定量分析蛋白質以及蛋白質修飾對信號動力學的作用、蛋白質信號網絡的交叉作用或細胞間信號的數據變化, 包括蛋白印跡技術、延時熒光顯微技術和免疫熒光分析技術。

［1］ Manz A, Graber N, Widmer HM.Miniaturized total chemical analysis systems: a novel concept for chemical sensing.Sensors and actuators B: Chemical, 1990, 1(1): 244-248.

［2］ Suzuki H.Microprocessing of liquid plugs for bio/chemical analyses.Clinical Chemistry , 2008, 80(16):6206-13.

［3］ Guo S, Imato T.Simultaneous multiple immunoassays in a compact disc-shaped microfluidic device based on centrifugal force.Analytical Chemistr, 2005, 51(10):1955-61.

2014-06-13］

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