热门应用领域

1. IVD(体外诊断)

        微流控芯片IVD产品在某些方面具有颠覆性优势,必将发展成为主流的体外检测技术.

1.1 器官芯片

        器官芯片是指在一块微流控芯片平台上模拟器官功能的一种科学技术,是2016世界达沃斯论坛评选的"十大新兴技术"之一.其主要目标是通过在芯片上模拟生物体的环境,进行细胞、组织和器官培养,研究并控制细胞在体外培养过程中的生物学行为,从而实现模拟生物体环境的器官移植和药性评价等.器官芯片使一个复杂的系统,目前已有肾芯片、肝芯片、胰岛芯片、肠芯片、血管糖鄂芯片和肿瘤新品等的临床应用.

1.2 液体活检

        以循环肿瘤细胞CTC检测为例,其在肿瘤分期检测、动态检测、疗效评估、药物开发和预后检测等方面具有重大意义,是一种可望用于替代肿瘤组织活检的液体活检新技术.然而,目前依赖于单一上皮源性抗体的CTC免疫富集及技术方法无法对不同分型的CTC进行全面的捕获、难于无损释放CTC、无法提供深度的分子病理信息.通过微流控技术,可以获得多条可识别不同CTC的高亲和力、高特异性的核酸序列,并且能够通过构建微流控微柱阵列芯片,实现CTC的高效捕获与无损释放.该方法在癌症的精准诊断、用药指导、疗效评估方面具有重要的应用前景.

 

2. 环境和生化分析

        将移动集成阀集成在芯片上,构建旋转分析平台,通过旋转阀控制通道间的链接与断开实现对流体的控制.将此方法与酶联比色免疫分析与芯片相结合,构建基于微流控芯片比色免疫传感器,根据显色信号的强度,对污染物浓度进行定量分析.利用此方法可对多种环境污染物进行分析,且操作简单、集成度高,具有良好的发展潜力.

3. 单细胞分析

        细胞是生命存在的基础,探索生命健康与疾病常需要以细胞研究为基础.由于细胞与细胞之间存在差异,群体细胞的研究结果只能得到一群细胞的平均值,这往往会掩盖个体差异信息.微流控芯片为细胞生物学功能研究提供了新思路.

 

4. 核酸分析

        采用微流控芯片技术用于PCR扩增及相关检测可简化操作步骤及显著提高检测效率.在这方面,基于微流控技术的微液滴数字PCR(ddH2O)是一个成功的例证.数字PCR是一种新的核酸检测和定量方法,借助微液滴或微坑,通过单个模板分子的PCR扩增,可实现不依赖于标准曲线和参照样本的准确、绝对定量.数字PCR使得反应更灵敏、结果更可靠、展示更直观,尤其适用于微量或痕量DNA检测与定量.

 

5. 药物筛选

        药物筛选是现代药物开发流程中测试和获取特定生理活性化合物的一个步骤.微流控芯片技术由于具有样品消耗量小、速度快、柱效高以及所用溶液体系较接近生物体液组成等特点,已经成为一种非常具有潜力的药物及先导化合物的高效筛选工具.

        微流控芯片这个平台可以集成256个或者细胞培养腔微阵列,改变细胞常规培养方法,实现细胞药物筛选的高通量化;芯片微纳升级体积大大减少了试剂消耗量,减低药物筛选成本;微流控芯片设计的二维结构或者三维微结构区域可产生低剪切力,在腔室内形成浓度梯度,进而对药物进行毒性分析;微流控芯片集成化非常明显,将药物的合成分离富集、实验细胞培养、药物效果检测等多个步骤集成于一张芯片,实现了药物筛选的自动化分析.

 

结语

        微流控技术近年来发展迅速,芯片集成的单元部件越来越多,且集成规模也越来越大,同时微流控芯片可以大量平行处理样本,具有通量高、分析速度快、物耗低、污染小的特点,使之为材料学、化学、生命科学、生物医学等领域的基础与应用提供了一个有力的平台.

        尽管已经有了这么多令人兴奋和引人注目的发展,但是我们在微流体领域仍然面临着挑战,主要体现在理论研究概念和解决现实世界问题的实际技术之间的转化.因此,在未来,我们仍然应该将精力放在基础研究上面,推动领域的发展,但是同时也要注重微流体技术的运用,尤其是在高通量领域的运用.相信不久,微流控产品将会相继进入市场,为人类生命健康发展和生态环境保护起到重要的推动作用.