技术探究:微流控芯片技术为什么这样强悍?【威客电竞官网】

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微流接触是一种精确控制和操纵微尺度流体,特别是亚微米结构的技术。通过微尺度上的流体控制,20世纪80年代微流触摸技术开始活跃发展,并朝DNA芯片、芯片实验室、微采样技术、微热力学技术等方向发展。

微流接触分析芯片最初在美国被称为芯片实验室(lab-on-a-chip),在欧洲被称为微集成分析芯片,是微流接触技术(Microfluidics)构建的主要平台,可以对生物、化学和医疗分析过程进行样品制作和反应。具有体积小、样品及试验剂量减少、反应速度快、大规模并行处理及立即废弃等优点的微流触芯片在生物、化学、医学等领域具有巨大潜力,近年来已发展成为生物、化学、医学、流体、电子、材料、机械等学科交叉的新颖研究领域,微流触芯片的原理微流触芯片与半导体阅读生物样品和反应液后,使用微机械泵。用电动液压泵、电渗等方法驱动芯片上缓冲液的流动,形成微流,在芯片上展开一个或多个反向反应。

与激光诱导荧光、电化学、化学等多种检测系统和光谱等分析手段相融合的许多检测手段已经用于微流接触芯片上,对样品进行了缓慢、准确、高吞吐量的分析。微流量触控芯片的第二个特点是在一个芯片上配置多功能构建系统和无数个充电系统的微整体分析系统?微反应器是芯片实验室常用的生化反应结构,包括毛细管电泳、聚合酶链反应、酶反应、DNA杂交反应的微反应器等。其中,电压驱动毛细管电泳(CapillaryElectrophoresis,CE)容易构建在微流量接触芯片上,沦为发展最慢的技术。在芯片上传输毛细管地下通道,由于电力泄漏,样品液体在地下通道中游动,对样品完成了检查分析,在芯片上构建毛细管阵列,几分钟内就能完成对数百种样品的平行分析。

自1992年微流触控芯片CE首次报道以来,进展是否迅速?第一个商品机器是微流触摸芯片CE(生化分析仪,Aglient),可以获得用作核酸和蛋白质分析的微流触摸芯片产品。微流触芯片开发受阻整体分析系统的概念于1990年由瑞士Ciba2Geigy的Manz和Widmer首次提出,当时主要强调分析系统的微和整体,以及微管道网络的MEMS加工方法,但没有具体强调其外形特征。第二年,Manz等在平板微芯片上建立了毛细管电泳和流动。

微型只是分析系统目前的开发前沿。微流接触分析系统将毛细管电泳分离发展为核心分析技术,发展为液体提取、过滤、无膜扩散等多种分离手段。其中,静电基层流分离微流体系统结构非常简单,具有多种分离功能,普遍应用于前景。

有无数文献报道,利用静电层流技术,芯片分离了试件的无膜过滤、无膜渗透和提取。另外,还有关于使用微加工的膜微透析器完成光谱分析前样品前废弃操作员的报道。

流量控制分析系统以电渗透为主要流量驱动手段,发展为流体动力、气压、重力、离心力、剪切力等多种手段。微流触控芯片的特征芯片构建更多的单元组件,构建规模也越大,微流触控芯片的集成性就越强。同时,可以大量处理大量并行处理样品,具有高吞吐量特性,分析速度快,消耗少,耗水少,污染小,分析样品所需的试验剂量仅从几微升上升到几十微升,分析物质的体积甚至进行罗升级或皮革升级。

由于便宜又安全,微流量接触分析系统正在小型化。综合通携带化的优点应用于生物医学研究、药物制备检查、环境监测和维护、公共卫生检疫、司法鉴定、生物试剂检查等多个领域,获得了非常广阔的前景。微流触摸芯片的前景微流触摸分析芯片最初被用作纳米技术革命的补充,经过大规模宣传和冷遇的其他时期,建立了商业化生产。

微流接触分析芯片最初在美国被称为芯片实验室(lab-on-a-chip),在欧洲被称为微集成分析芯片(micrototalanalyticalsystems),随着材料科学、微纳米加工技术和微电子科学的突破,微流接触芯片应运而生。微流量触控芯片应可用作生物医学、新药的制备和检查、食品和商品检查、环境监测、刑事科学、军事科学、宇宙科学等最重要的应用领域。其中生物分析是热点。目前主要集中在核酸分离和定量、DNA测序、基因突变、基因差异传递分析等方面。

另外,蛋白质的体成分在微流接触芯片上也报道了医院微生物基因组的特征片段,染色体DNA的序列多态性。设计、自由选择基因变异部位和特征等适当核酸探针,PCR扩张后检测,可获得医院微生物种类、亚型、毒性、抗药、医院、动员性、多态性、变异、传递等信息,为疾病的临床和化疗提供良好的切入点。国际上普遍认可的PCR产物检测共有5种方法,按感度强弱顺序排列:毛细管电泳法、固相杂交法、液相杂交法、高压液相杂交法、凝胶电泳法(临床不推荐)。

微流量触摸芯片CE应以毛细管电泳为该芯片主体展开探针交配,被检查样品的信号亲和率100%相似。微流量触摸芯片CE可以检测到15~7500bp范围的PCR产品(平均分辨率为20bp),样品微量化进一步增加扩散,分离效果好,每个孔不同时分析多种不同的PCR产品。我国在美流接触分析方面的研究比国外晚了4 ~ 5年,但在多个相关学科领域有充分的积累和优势,我国仅次于世界,拥有美流接触芯片市场,用中国的芯片产品攻克这一市场是我国科学家不负责任的愿景。

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