微流控技术在生命分析化学中的应用进展_张逢_高丹_梁琼麟

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    微流控芯片的概念于20世纪90年代初由Manz等提出,是指在几平方厘米的芯片上构建的化学或
生物实验室,实现化学和生物学等研究领域中的样品制备、反应、分离、检测和细胞培养、分选等基本功
能。人类目前对于生命的本质和规律认识欠缺,众多科研人员投身到基因组学、代谢组学、蛋白质组学
等生物研究中,体外研究细胞、组织或器官的需求极大地促进了微流控技术用于生物应用的发展,微流
控技术广泛应用于药物筛选[D.zl、细胞分析[C37、细胞捕获[#]、生物小分子(如核酸、蛋白质等)分析[[5]等生
命分析化学领域。与上述生物应用息息相关的微流控技术主要有:芯片材料与制作技术、表面改性技
术、样品前处理技术、液滴技术和检测等。微流控芯片材料的选取决定芯片制作方法和通道内壁的表面
J险质,如常见的聚二甲基硅氧烷(PDMS)芯片需采用标准软光刻技术制作,通道内壁为疏水表面;而以
滤纸为材料的纸芯片[0]制作常用喷蜡打印法,且滤纸本身具有良好的亲水性。表面改性技术是对选取
的芯片材料不足的补充,通过对通道内壁进行功能化修饰,使通道内壁表现出更理想的表面性质。He
等00采用浸润的方法将2% PVA 5% Gly固定在PDMS芯片通道表面,使原本疏水的通道表面变成超
亲水的表面。对芯片中微流体实现精确而灵活的操控是微流控芯片应用的基础。在微流控芯片的微米
级通道内,由于通道几何结构的限制,两相流体保持平行流动[[A],通过对通道几何结构的优化以及两相
流体的组成和流速等条件的控制可以使其保持层流或生成微液滴。液滴技术的关键是液滴的生成与操
控,本课题组开展了铁磁流体液滴的研究工作,以铁磁流体为连续相制备微液滴,实现微流控芯片上二
维液滴的操控,包括控制液滴的尺寸、数量和液滴的移动,并且对磁操控液滴的原理和技术进行了系统
的研究,拓展了该技术在化学生物学研究中的应用[9-IZ]。液滴技术具有液滴生成速度快、通量高[[I3]等
独特的优势,可作为载体用于细胞分选[[I4]、细胞培养[[IS]、单细胞捕获[[16]和功能性粒子合成[[I7]等方面。
    本文以涉及细胞的微流控技术为切入点,重点介绍了近五年来芯片材料与制作技术、表面改性技术
和液滴技术的发展,以及微流控技术在药物筛选和细胞分析(包括单细胞分析、细胞培养、组织或器官
模拟)等方面的应用进展。
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