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微流控一些熱門應(yīng)用的領(lǐng)域有哪些
2021-01-19
熱門應(yīng)用領(lǐng)域
1. IVD(體外診斷)
微流控芯片IVD產(chǎn)品在某些方面具有顛覆性優(yōu)勢,必將發(fā)展成為主流的體外檢測技術(shù).
1.1 器官芯片
器官芯片是指在一塊微流控芯片平臺上模擬器官功能的一種科學(xué)技術(shù),是2016世界達(dá)沃斯論壇評選的"十大新興技術(shù)"之一.其主要目標(biāo)是通過在芯片上模擬生物體的環(huán)境,進(jìn)行細(xì)胞、組織和器官培養(yǎng),研究并控制細(xì)胞在體外培養(yǎng)過程中的生物學(xué)行為,從而實(shí)現(xiàn)模擬生物體環(huán)境的器官移植和藥性評價等.器官芯片使一個復(fù)雜的系統(tǒng),目前已有腎芯片、肝芯片、胰島芯片、腸芯片、血管糖鄂芯片和腫瘤新品等的臨床應(yīng)用.
1.2 液體活檢
以循環(huán)腫瘤細(xì)胞CTC檢測為例,其在腫瘤分期檢測、動態(tài)檢測、療效評估、藥物開發(fā)和預(yù)后檢測等方面具有重大意義,是一種可望用于替代腫瘤組織活檢的液體活檢新技術(shù).然而,目前依賴于單一上皮源性抗體的CTC免疫富集及技術(shù)方法無法對不同分型的CTC進(jìn)行全面的捕獲、難于無損釋放CTC、無法提供深度的分子病理信息.通過微流控技術(shù),可以獲得多條可識別不同CTC的高親和力、高特異性的核酸序列,并且能夠通過構(gòu)建微流控微柱陣列芯片,實(shí)現(xiàn)CTC的高效捕獲與無損釋放.該方法在癌癥的精準(zhǔn)診斷、用藥指導(dǎo)、療效評估方面具有重要的應(yīng)用前景.
2. 環(huán)境和生化分析
將移動集成閥集成在芯片上,構(gòu)建旋轉(zhuǎn)分析平臺,通過旋轉(zhuǎn)閥控制通道間的鏈接與斷開實(shí)現(xiàn)對流體的控制.將此方法與酶聯(lián)比色免疫分析與芯片相結(jié)合,構(gòu)建基于微流控芯片比色免疫傳感器,根據(jù)顯色信號的強(qiáng)度,對污染物濃度進(jìn)行定量分析.利用此方法可對多種環(huán)境污染物進(jìn)行分析,且操作簡單、集成度高,具有良好的發(fā)展?jié)摿?
3. 單細(xì)胞分析
細(xì)胞是生命存在的基礎(chǔ),探索生命健康與疾病常需要以細(xì)胞研究為基礎(chǔ).由于細(xì)胞與細(xì)胞之間存在差異,群體細(xì)胞的研究結(jié)果只能得到一群細(xì)胞的平均值,這往往會掩蓋個體差異信息.微流控芯片為細(xì)胞生物學(xué)功能研究提供了新思路.
4. 核酸分析
采用微流控芯片技術(shù)用于PCR擴(kuò)增及相關(guān)檢測可簡化操作步驟及顯著提高檢測效率.在這方面,基于微流控技術(shù)的微液滴數(shù)字PCR(ddH2O)是一個成功的例證.數(shù)字PCR是一種新的核酸檢測和定量方法,借助微液滴或微坑,通過單個模板分子的PCR擴(kuò)增,可實(shí)現(xiàn)不依賴于標(biāo)準(zhǔn)曲線和參照樣本的準(zhǔn)確、絕對定量.數(shù)字PCR使得反應(yīng)更靈敏、結(jié)果更可靠、展示更直觀,尤其適用于微量或痕量DNA檢測與定量.
5. 藥物篩選
藥物篩選是現(xiàn)代藥物開發(fā)流程中測試和獲取特定生理活性化合物的一個步驟.微流控芯片技術(shù)由于具有樣品消耗量小、速度快、柱效高以及所用溶液體系較接近生物體液組成等特點(diǎn),已經(jīng)成為一種非常具有潛力的藥物及先導(dǎo)化合物的高效篩選工具.
微流控芯片這個平臺可以集成256個或者細(xì)胞培養(yǎng)腔微陣列,改變細(xì)胞常規(guī)培養(yǎng)方法,實(shí)現(xiàn)細(xì)胞藥物篩選的高通量化;芯片微納升級體積大大減少了試劑消耗量,減低藥物篩選成本;微流控芯片設(shè)計的二維結(jié)構(gòu)或者三維微結(jié)構(gòu)區(qū)域可產(chǎn)生低剪切力,在腔室內(nèi)形成濃度梯度,進(jìn)而對藥物進(jìn)行毒性分析;微流控芯片集成化非常明顯,將藥物的合成分離富集、實(shí)驗(yàn)細(xì)胞培養(yǎng)、藥物效果檢測等多個步驟集成于一張芯片,實(shí)現(xiàn)了藥物篩選的自動化分析.
結(jié)語
微流控技術(shù)近年來發(fā)展迅速,芯片集成的單元部件越來越多,且集成規(guī)模也越來越大,同時微流控芯片可以大量平行處理樣本,具有通量高、分析速度快、物耗低、污染小的特點(diǎn),使之為材料學(xué)、化學(xué)、生命科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的基礎(chǔ)與應(yīng)用提供了一個有力的平臺.
盡管已經(jīng)有了這么多令人興奮和引人注目的發(fā)展,但是我們在微流體領(lǐng)域仍然面臨著挑戰(zhàn),主要體現(xiàn)在理論研究概念和解決現(xiàn)實(shí)世界問題的實(shí)際技術(shù)之間的轉(zhuǎn)化.因此,在未來,我們?nèi)匀粦?yīng)該將精力放在基礎(chǔ)研究上面,推動領(lǐng)域的發(fā)展,但是同時也要注重微流體技術(shù)的運(yùn)用,尤其是在高通量領(lǐng)域的運(yùn)用.相信不久,微流控產(chǎn)品將會相繼進(jìn)入市場,為人類生命健康發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)起到重要的推動作用.
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