微流控(Microfluidics)

发布网友发布时间：2022-11-20 19:28

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热心网友时间：2024-03-20 17:05

微流控(Microfluidics) 指的是一种以在微纳米尺度空间中对流体进行操控为主要特征的科学技术，是一门涉及化学、流体物理、微电子、新材料、生物学和生物医学工程的新兴交叉学科。它可以将生物、化学、医学等领域分析样品的过程，包括制备、反应、分离、检测等基本单元集成到一块微米尺度的芯片上，并且自动完成分析全过程。因为具有微型化、集成化等特征，微流控装置通常被称为微流控芯片，也被称为芯片实验室(Lab on a Chip)和微全分析系统(micro-Total Analytical System)。微流控芯片的材料：硅片、玻璃、PDMS、纸等，各有优缺点。微流控芯片制造技术有以下类型：光刻和刻蚀技术、热压法、模塑法、注塑法、LIGA技术、激光烧蚀法和软光刻。

（一）技术优势

微型化高通量化样本需求小试剂消耗量少

（二）应用场景

微流控芯片存在上述明显的优势，使得其在不同领域都有非常广阔的应用前景。如与微流控芯片结合最为紧密的体外诊断领域，其在生化分析、免疫诊断、分子诊断等IVD细分领域都能够发挥出自身的特点，替代传统IVD检测方法的潜力巨大。此外在细胞分离方面的优势可以大大提高循环肿瘤细胞的检出率和纯度，从而为相关癌症的治疗提供关键支持。在药物筛选领域，比如干细胞芯片，可克服现有的干细胞进行体外研究的局限性，通过实时精确控制干细胞微环境中的各种因素，尽可能地模拟干细胞生长分化的复杂环境等等。

（三）微流控芯片的流体控制

微流控分为被动式微流控和主动式微流控。被动式微流控（多相流法、浓度梯度、离心法和热毛细管法），不借助外力，通过液体自身的毛细作用等完成各项反应。主动式微流控（介电泳法、气动法、电润湿法、磁力法），则是通过仪器内部精密控制芯片内反应腔结合阀门装置，精确控制液体的流动形式，定量控制反应样本体积，使样本定量参与反应，达到精确控制。

（四）基于微流控芯片的关键技术应用

1. Microfluidics-based POCT

2. 超高通量筛选的主流平台——微流控液滴芯片：在微流控芯片通道上加入两种互不相溶的液体，将其中的分散相以微小体积单元的形式和极快的速度（100-10000个/秒）分散于连续相中,即可形成用作微反应器或微量生化样品载体的液滴。微流控芯片液滴已被认为是迄今为止最重要的微反应器，能提供一种在单分子和单细胞层面快速开展超大规模,超低含量反应的平台。液滴操控灵活，形状可变，大小均一，又有优良的传热传质性能，产生频率已达数十到数百KHz，在高通量药物筛选和材料筛选领域显示了巨大的潜力。

3. 哺乳动物细胞及其微环境操控平台——微流控芯片仿生实验室：由于微流控芯片的构件尺寸和细胞吻合，并可同时测定物理量、化学量和生物量，它已成为对哺乳动物细胞及其微环境进行操控的最具潜力的平台。目前已可以构建微米量级且相对封闭的三维细胞培养、分选、裂解等操作单元，并把这些单元成功延伸到组织和器官。器官芯片是一种更接近仿生体系的模式，可在一块几平方厘米的芯片中培养各种活体细胞，形成组织器官，乃至由不同器官芯片进一步组成活体芯片，从而模拟一个活体的行为并研究活体中整体和局部的种种关系。在药学领域，器官芯片将被部分替代小白鼠等模型动物，用于验证候选药物，开展毒理和药理作用研究。