微流控技術(shù)被譽(yù)為是21世紀(jì)最能改變?nèi)祟惖募夹g(shù)之一，其最主要的應(yīng)用領(lǐng)域是和人類命運(yùn)相關(guān)的生物醫(yī)療領(lǐng)域。

微流控芯片技術(shù)在基因檢測中的應(yīng)用

在基因檢測方面，微流控芯片技術(shù)主要應(yīng)用于核酸的擴(kuò)增、分離、測序及多肽性檢測。聚合酶鏈反應(yīng)(Polymerase Chain Reaction，PCR)廣泛應(yīng)用于分子生物學(xué)中，它可以對DNA分子進(jìn)行體外擴(kuò)增，常規(guī)的PCR過程大致需要1-2 h，需要的試劑也較多，費(fèi)時費(fèi)力，而微流控芯片技術(shù)用于PCR擴(kuò)增及相關(guān)檢測時，既能簡化操作步驟，又能顯著提高檢測效率。1998年，Kopp等提出了連續(xù)流動式微流控PCR擴(kuò)增芯片，反應(yīng)溶液循環(huán)流經(jīng)不同的溫區(qū)完成PCR擴(kuò)增反應(yīng)，整個擴(kuò)增反應(yīng)全部在流動中完成，縮短了擴(kuò)增時間，減少了反應(yīng)所需的試劑。此后，很多科學(xué)家在此項(xiàng)研究的基礎(chǔ)上，對連續(xù)流動式PCR技術(shù)進(jìn)行了更進(jìn)一步的改進(jìn)，使其更加微型化。隨著微流控芯片技術(shù)上的不斷完善和發(fā)展，微流控分析技術(shù)能分離的DNA片段長度在逐步擴(kuò)大，可完成對DNA片段的測序和遺傳物質(zhì)的分離、分析，并且出現(xiàn)了可同時進(jìn)行平行分析的多通道微流控芯片。Mathies研究用3.5cm的有效分離長度，7min在單通道玻璃芯片上完成了長度為150～200bp的序列測定。后來他們又將分離通道延長到7.5cm，并改用四色熒光檢測器20分鐘完成500bp的序列分析，準(zhǔn)確率達(dá)99.4%。單核苷酸多態(tài)性( single nucleotide polymorphism，SNP)就是人類基因組中物理圖譜的理想遺傳標(biāo)記，能滿足對代謝、生長和疾病相關(guān)基因的定位，基因多態(tài)性是人類各種可遺傳變異中常見的現(xiàn)象。SNP檢驗(yàn)方法主要是以PCR為基礎(chǔ)，通過電泳技術(shù)分辨堿基差異造成的DNA片段的各種差異來進(jìn)行基因分型。Taylor等設(shè)計(jì)了一個十字型微流控芯片對其進(jìn)行分析，探討了多種疾病與其變異存在相關(guān)性。整個分析過程由傳統(tǒng)方法的幾天時間縮短到45min。

微流控芯片技術(shù)在蛋白分析中的應(yīng)用

蛋白質(zhì)是生物體最基本的生物活性物質(zhì)，蛋白質(zhì)的分離測定可以幫助人們認(rèn)識蛋白質(zhì)在生物功能中的作用，對發(fā)現(xiàn)新的診療方法有著不可估量的價值。傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)分析步驟均由手工操作進(jìn)行，這些方法過于繁瑣、樣品消耗量大、靈敏度不高，無法滿足蛋白質(zhì)組學(xué)對分析系統(tǒng)快速、集成、高通量、高靈敏度的需求。利用微流控分析芯片系統(tǒng)對蛋白質(zhì)樣品、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)、功能以及蛋白質(zhì)的相互作用進(jìn)行分析，其分析步驟均在幾平方厘米的分析芯片上進(jìn)行，反應(yīng)速度快，靈敏度高。另外，微流控芯片檢測技術(shù)所需要的試劑及反應(yīng)物的量均較少，可以大大減少試劑消耗。Hofmann等利用等電聚焦毛細(xì)管電泳芯片技術(shù)，以Cy5標(biāo)記肽，對細(xì)胞色素C、核糖核酸酶A和肌紅蛋白等9種蛋白質(zhì)混合物進(jìn)行分離檢測，5 min完成整個檢測過程。

微流控芯片技術(shù)在細(xì)胞分析中的應(yīng)用

隨著生命科學(xué)的飛速發(fā)展，對單細(xì)胞及胞內(nèi)的成分和形態(tài)變化進(jìn)行分析和檢測已成為研究的熱點(diǎn)。微流控芯片由于其微通道寬度(10～50μm)和生物細(xì)胞大小相當(dāng)，所以生物細(xì)胞在微通道內(nèi)非常容易操縱、觀察和檢測，以微流控芯片進(jìn)行單細(xì)胞研究具有獨(dú)特的優(yōu)越性。Shin等構(gòu)建了一種電穿孔細(xì)胞芯片，他們通過指數(shù)衰變式脈沖發(fā)生器對流體通道內(nèi)的細(xì)胞進(jìn)行電穿孔實(shí)驗(yàn)，測量了細(xì)胞電穿孔時各種參數(shù)。近幾年人們還在細(xì)胞微環(huán)境的化學(xué)濃度梯度進(jìn)行時間和空間控制、細(xì)胞培養(yǎng)等方面進(jìn)行了大量研究。相信隨著微流控技術(shù)的不斷更新，此技術(shù)有望成為細(xì)胞研究的主要工具。

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