芯片大世界

無論是為了降低試劑或樣品消耗、提高分析速度，還是為了提高分析技術的微區分辨能力，實現單細胞及亞細胞水平的分析，微納流體操控都是不可或缺的重要環節。毛細管電泳和微柱色譜充分體現了微尺度分析的優勢，而上世紀90年代出現的微全分析系統（Micro total analysis systems）則帶來了一種革命性的變化，誕生了一個新的學科，微納流控技術（Microfluidics and nanofluidics）。微納流控技術通常是指在微米及以下尺度的結構中操控納升至飛升體積流體的技術和科學，在微納尺度下獨特的流體特征、界面效應及熱傳導性能，使其中發生的許多物理或化學過程與常規體系中的同類過程有顯著的不同。毛細管電泳等技術優異的分析性能展示了微尺度分離的巨大潛力，微流控芯片的出現進一步將微納流控體系推到了一個全新的高度。微流控芯片可以實現各種功能的高度集成，微全分析系統是一個典型的代表，通過適當的芯片設計可以將采樣、樣品預處理、反應、分離及檢測等完整的分析過程集成在一個芯片上，這樣的集成芯片也被稱為“芯片實驗室（Lab on a chip）”。經過二十多年的發展，微流控技術已覆蓋化學、物理、生物、醫學、材料科學、光學和微機電系統等眾多領域，成為一個重要的交叉學科。

我國的微流控技術研究起步較早，早在1996年即有學者開始從事微流控芯片分析的研究。同時，微流控技術的研究得到了國家自然科學基金委和科技部的大力支持，先后啟動了一系列與微流控研究相關的重大、重點項目，研究隊伍不斷發展壯大，眾多高校和科研院所的大批優秀學者加入了這個隊伍，使我國微流控芯片領域的研究進入國際先進行列。目前，中國學者在微流控技術及微納尺度分析領域發表的研究論文數僅次于美國，為世界第二。在此發展過程中，一個重要的學術交流平臺“全國微全分析系統學術會議”已成功舉辦九屆。2012年開始，"全國微全分析系統學術會議"與"全國微納尺度生物分離分析學術會議"、"國際微流控分析學術論壇"同時召開，進一步促進了學科交叉與融合。

滾滾黃河水，穿流過蘭州。由中國化學會主辦＼，蘭州大學承辦的第十屆全國微全分析系統學術會議暨第五屆全國微納尺度生物分離分析學術會議及2016國際微流控芯片與微納尺度生物分離分析學術會議將于2016年5月6日～9日在春意盎然的蘭州召開。會議由南京大學、復旦大學、浙江大學等協辦。會議主題包括微流控學與納流控學、微全分析系統、毛細管電泳、毛細管電色譜、高效液相色譜、微納生物分析及相關的光譜、質譜和電化學檢測技術，也涵蓋了這些技術與系統在化學、生物、醫學、藥學、環境和食品安全等領域中的應用，是微納流控及微尺度分析領域的盛會，得到了國內學術界的大力支持。為推動我國該學科的進一步發展，《分析化學》編輯部精心編輯“微流控芯片與微納尺度生物分離分析技術”專輯。這本專輯包含評述9篇、研究報告13篇、NEWS 4篇，主要介紹微流控芯片及相關領域中的機遇與挑戰、相關創新發展及新方法。

中科院大連化物所林炳承研究員以他的研究團隊及合作伙伴的近期工作為基礎，概述了微流控芯片的研究及產業化趨勢，指出微流控芯片的研究已從平臺和方法構建逐漸轉向在不同領域的應用，并從應用需求中尋求解決科學問題，帶動產業化發展。該評述重點介紹了微流控芯片在現代生物化學分析、即時診斷、材料的篩選與合成、組織與器官仿生、3D打印等微流控領域的應用，總結了國際國內微流控技術產業的蓬勃發展現狀。

浙江大學方群教授等根據2015年國際微全分析系統會議的內容，從微流控芯片技術發展和應用角度，討論了當前微流控芯片領域發展的熱點和趨勢。總結了液滴（多相）微流控技術、紙芯片、3D打印等微流控技術以及基于智能手機的檢測、核磁共振波譜檢測及基于拉曼光譜的單細胞成像等精測手段。指出在國際范圍內微流控芯片的應用也主要集中在細胞分離/捕獲、單細胞分析、器官芯片、即時檢驗和臨床診斷等方面。

清華大學林金明教授等總結了微流控技術在細胞分析中的應用進展，系統地介紹了微流控芯片上的細胞培養、細胞微環境模擬和控制、單細胞分析、器官芯片以及微流控芯片與質譜技術的聯用，展示了微流控細胞培養的優勢。微流控芯片用于細胞分析不僅可以實現儀器的小型化，更重要的是適用于具有微小尺寸的細胞、細菌的研究與分析。他特別指出，微流控芯片與質譜技術的聯用將在細胞分析領域開辟一片嶄新的空間。

西北農林科技大學王進義教授等評述了液滴微流控在生物醫學中的應用進展，從液滴微流控的特點出發，總結了被動法和主動法兩類液滴生成方法，重點介紹了液滴微流控在分析檢測、藥物遞送與釋放研究中的應用，突出了液滴微流控的平臺的優勢，也指出了其不足之處和發展方向。

中山大學陳纘光教授、浙江大學牟穎教授、哈爾濱工業大學孫凱教授從不同的角度評述了微流控技術在核酸分析中的研究進展，顯示了該方向的重要性。陳纘光教授等總結了微流控PCR芯片的研究進展，系統介紹了微池型、蛇行通道型、螺旋通道型、振蕩型和閉環型PCR芯片的原理和應用，總結了芯片PCR的常用檢測方法，列舉了幾個典型應用實例，指出在滿足實驗目的的前提下簡化芯片結構、發展能在線檢測的低成本、高速度、高通量檢測方法是今后的研究重點。牟穎教授等評述了數字核酸擴增檢測技術（dNAD）的研究和應用進展，介紹了dNAD的發展歷程、基本原理，對孔板式、液滴式和芯片式三類dNAD進行了詳細介紹，總結了dNAD技術在病原微生物檢測、食品安全監測、臨床診斷和基因組學研究方面的應用，展示了該技術的應用前景，也指出了目前研究尚存的不足和改進方向。孫凱教授等評述了DNA片段分選微流控芯片的發展現狀，在介紹凝膠電泳、毛細管電泳等分選技術的基礎上，著重介紹了芯片電泳分選的原理和發展、非目標片段的抑制方法、高通量分選以及商品化分選儀器，提出了高電場下快速移動片段的準確捕捉、重疊片段的準確分選、實用化高通量分選方法的建立及自動化體系的建立等新課題。

華東理工大學胡坪教授介紹了近年來器官芯片技術在構建人體生理學模型、藥物研發及毒理學研究中的應用，并對器官芯片技術的發展前景進行了展望。北京化工大學范一強教授著重介紹了采用微立體光刻、熔融沉積成型以及噴墨打印等3D打印技術加工制作微流控芯片的方法，以及這些微流控芯片在分析化學、生命科學、醫學診斷等領域的應用。

本專輯包含武漢大學何治柯教授等13篇研究報告，內容涵蓋紙芯片、臨床診斷、三維微陣列制備、新型檢測技術以及基于智能手機的紙微流控電化學檢測芯片等方向，與國際發展趨勢一致，展示了國內微流控技術的發展水平。從這些評述和研究報告可以看出，微流控技術是典型的多學科交叉領域。為了促進該技術的進一步發展，大力宣傳和吸引更多領域的研究人員，增進多學科之間的交流非常必要，這正是本屆會議及這本專輯的宗旨。

誠摯感謝所有為本專輯撰稿的各位專家學者、感謝《分析化學》編輯們的辛勤勞動！我們與編輯們的心情一樣，希望我國從事微流控芯片研究和有興趣投入該領域研究的學者們能夠喜歡這本專輯。讓我們共同努力迎接微流控芯片研究生機勃勃的春天！