分析裝置的集成化、自動化及微型化現已成為物質分析和臨床檢測的研究熱點，微流控芯片作為一種新的微型分析平臺建立于20世紀90年代，它通過微細加工技術在芯片上構建由儲液池、微反應室、微管道等微功能元件構成的微流路系統，加載生物樣品和反應液后，在壓力泵或者電場作用下形成微流路，于芯片上進行一種或連續多種的反應，達到對樣品的高通量快速分析的目的。微流控分析芯片由于具有高度集成性，可在一張芯片上完成采樣、稀釋、加試劑、反應、分離、檢測等多種功能特點，又被稱為微型全分析系統。目前微流控技術已應用于高效篩選、環境監測、臨床監測、空間微生物、現場分析、高效DNA測序等領域。

1.微流控芯片基因分析中的應用

1.1高聚物基PCR微流控芯片

PCR作為一種體外擴增核酸的方法，早已是研究分子生物學的不可缺少的工具。雖然傳統的PCR操縱簡單，但是它加熱循環緩慢且效率低，這主要是因為其加熱體積太大。為了解決這個問題，PCR的反應體積被減少到50ul甚至于1pl，但是體積的減少相應的也限制了產量。PCR微流控芯片就是在這種情況下發展起來的。

與傳統的PCR相比，PCR芯片的主要優勢在其比表面積大，傳熱速率快，大大提高了反應速度；而且內部溫度均勻，反應過程易于控制。同時PCR芯片反應所需的樣品和試劑量少，大大降低成本。如Kopp利用PCR微流控芯片在1.5-18.7min的時間內，經過20次循環完成了淋球菌促旋酶基因176bp片段的PCR擴增。

1.2核酸限制性酶切片段的分離分析

微流控芯片可用于迅速分離DNA限制片段PCR產物，比常規的毛細管電泳分離要快得多。自從Manz等成功的應用微流控芯片毛細管電泳技術分離了寡核苷酸混合物。微流控芯片分離的DNA片段的長度在逐步擴大，同時出現了可進行平行分析的多通道陣列芯片。

1.3 DNA測序

用微流控芯片四色標記法測序，可在540s分離150個堿基，準確率在97%以上。常規DNA測序需要制備微升級的樣品，試劑消耗量大，有報道將納升級的樣品制備系統微縮到芯片上進行測序，可在分離前除去多余的引物、鹽分、核苷酸等，所用測序體積是Sanger雙脫氧終止法的1/300，測序成本明顯降低，而且可進行固相測序。

2.微流控芯片在蛋白質分析中的應用

2.1 酶學分析

在硅片、玻璃芯片、石英芯片或者高分子聚合物芯片上構筑簡單的十字通道或者反映艙，加上電化學檢測器、光學檢測器或者其他的檢測系統就可以完成簡單的酶的測定。如，Hadd-AG在芯片上制作了具有5個溶液出入通道的酶檢測系統，首先將熒光基團底物RBG與Tris緩沖液混合，在與β-半乳糖苷酶溶液和競爭性抑制劑PETG溶液混合，反應后底物酶解產物產生熒光物質通過激光誘導熒光檢測器檢測。該系統所用的酶和底物僅為120pg和7.5ng，比常規分析方法減少4個數量級，顯示了微流控分析芯片酶法分析在藥物研制臨床診斷等領域的良好運用前景。

2.2 免疫分析

免疫分析是最重要的分析方法之一，常規的免疫分析需要比較長的分析時間，液體處理過程也比較麻煩，而且需要比較多的昂貴的抗體試劑。微流控分析芯片可以有效的克服這一缺點，在芯片上整合分析系統可以加強反應效率，簡化分析過程、減少分析時間、降低試劑的消耗。如Sato等用抗CEA抗體預先包被聚苯乙烯珠并導入到通道中，在通道中構筑了一道圍堰來擋住這些微珠，然后與含有CEA的血清樣本、一抗、膠體金標記的二抗進行反應，通過3種抗體進行的夾心法免疫分析可以超痕量的檢測血清分鐘的CEA，整個分析時間減少到35min左右。

2.3 蛋白質組學研究

蛋白質柱分析被認為是繼基因組分析后最具有潛力的領域。隨著技術的發展，蛋白質組研究已經從基于凝膠電泳分離向著與質譜聯用的方向發展。由于蛋白質組研究需要大規模、高通量的蛋白分析和鑒定方法，因此耗樣量低、高通量的微流控芯片分析技術與高靈敏的質譜檢測技術聯用具有很大優勢。如，Gao在芯片上集成了蛋白質分解、多肽分離和質譜鑒別集成裝置，該裝置使原來數小時完成的工作在5min內完成，試劑用量在納克或者納克以下。

3 微流控芯片在細胞生物學中的應用

隨著微流控芯片的不斷發展，,微流控分析芯片技術正不斷地向細胞組學的研究領域進行滲透。微流控芯片在細胞生物學中的應用主要包括細胞的培養、細胞的分離與操縱，細胞組分分析以及細胞全分析系統。

如，Carlson等報道了用靜水壓力驅動的方法對血液樣本中的細胞進行分離。由于紅細胞的體積遠小于白細胞，且粘性小，所以紅細胞以較快的速度通過微流路網絡。

細胞全分析系統，指將細胞的三維培養、細胞刺激、細胞分離、溶胞以及細胞組分分離和分析集為一體的微流控系統。這個系統不僅可快速分析細胞，而且可重復利用。

微流控芯片分析系統通過在微米通道與結構中實現微型化，在分析性能上帶來了巨大的優點：

1）縮短反應時間，提高分析效率，許多分析過程可以在數分鐘內完成；

2）節約試劑和樣本，微流控分析的試樣與試劑消耗已降低至數微升水平，并且隨著技術水平的提高，還有可能進一步減少；

3）易于集成化、便攜化，操作簡便，更易實現自動化。

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