微流控芯片（又稱(chēng)芯片實(shí)驗(yàn)室）是一種以在微米尺度空間對(duì)流體進(jìn)行操控為主要特征的科學(xué)技術(shù)。它具有將化學(xué)和生物實(shí)驗(yàn)室的基本功能微縮到一個(gè)幾平方厘米芯片上的能力，已經(jīng)顯示了重要的應(yīng)用前景。作為一種新興的科學(xué)技術(shù)，微流控研究已經(jīng)涉及化學(xué)、生物學(xué)、工程學(xué)和物理學(xué)等諸多領(lǐng)域，學(xué)科交叉性強(qiáng)，分析化學(xué)則是其第一輪也是最直接的一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。近年來(lái)，微流控研究發(fā)展迅速，技術(shù)創(chuàng)新層出不窮，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬。本文僅以近期發(fā)表在本領(lǐng)域主要國(guó)際刊物的幾個(gè)工作為典型案例，介紹微流控技術(shù)研究的若干進(jìn)展。 

１ 液滴微流控技術(shù)用于液相色譜柱后的樣品收集及離線(xiàn)質(zhì)譜檢測(cè)

液滴微流控技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種全新的操控微小體積液體的方法。芯片液滴體積小，環(huán)境封閉，易于實(shí)現(xiàn)高通量，已被視為極為重要的微反應(yīng)器并開(kāi)始用于樣品的預(yù)處理、化學(xué)反應(yīng)、顆粒合成和高通量分析等諸多方面，也在很大程度上彌補(bǔ)了收集經(jīng)毛細(xì)管液相色譜分離后的樣品再進(jìn)行分析和表征所顯示的局限性。近期，美國(guó)密西根大學(xué)的Ｌｉ等發(fā)展了一種新的方法，將液滴微流控技術(shù)用于毛細(xì)管液相色譜柱后的微量樣品收集與離線(xiàn)電噴霧離子質(zhì)譜的檢測(cè)。他們利用芯片微通道兩相液體中的油相（如全氟萘烷）連續(xù)流分割內(nèi)徑為75μｍ 色譜柱的水相流出物并形成液滴，實(shí)現(xiàn)了毛細(xì)管液相色譜柱后納升級(jí)樣品片段的收集。他們把依此形成的液滴存貯在管內(nèi)，并通過(guò)微泵灌入納米噴霧發(fā)生器的尖端，再經(jīng)電噴霧電離質(zhì)譜（ESI-MS）實(shí)現(xiàn)樣品的表征。該工作對(duì)實(shí)驗(yàn)中的各種參數(shù)包括油相、ESI電壓和流速等的選擇進(jìn)行了詳細(xì)討論，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，如果從尖端去除油相而不使其形成電噴霧，則可以得到最佳的檢測(cè)信號(hào)。這種方法允許在分析過(guò)程中改變通道內(nèi)液體流速，尤其是可通過(guò)降低流速來(lái)延長(zhǎng)對(duì)選定片段的 ＭＳ分析時(shí)間，提高結(jié)果的置信程度。該方法可以使樣品的分析速率超過(guò)２Ｈｚ，有可能拓展ESI-MS高通量篩選在藥物開(kāi)發(fā)等方面的應(yīng)用。詳見(jiàn)：AnalChem，2010，82:5620-5267。

２ 數(shù)字液滴－通道微流控技術(shù)聯(lián)用用于復(fù)雜樣品處理及分離

 數(shù)字微流控（digitalmicrofluidics）是最新發(fā)展起來(lái)的一種基于介質(zhì)上電潤(rùn)濕效應(yīng)的液滴操控技術(shù)。它可以在陣列電極表面對(duì)不連續(xù)的液滴進(jìn)行靈活操控，以完成一系列生化反應(yīng)，特別適合于諸如樣品預(yù)處理等連續(xù)的復(fù)雜操作。數(shù)字微流控技術(shù)發(fā)展的瓶頸之一是如何實(shí)現(xiàn)樣品分離，通道微流控電泳技術(shù)具有分離速度快、樣品耗量低等優(yōu)勢(shì)，恰好能彌補(bǔ)這一不足。近期，加拿大多倫多大學(xué)Wheeler研究組等將數(shù)字液滴微流控技術(shù)與通道微流控電泳技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計(jì)了一種多層的數(shù)字化液滴－通道聯(lián)用微流控芯片，實(shí)現(xiàn)了在線(xiàn)的多級(jí)樣品處理和分離。該工作利用儲(chǔ)液池將上層的雙層數(shù)字微流控芯片和下層的分離通道連接，方便地實(shí)現(xiàn)了液滴分裂、融合、樣品分配、存儲(chǔ)及分離。他們用這種方法對(duì)熒光標(biāo)記的牛血清白蛋白進(jìn)行了多步酶解，并成功地對(duì)酶解產(chǎn)物中的各種肽進(jìn)行了分離和檢測(cè)。該工作顯示了數(shù)字微流控和通道微流控聯(lián)用技術(shù)在處理復(fù)雜樣品的微全分析系統(tǒng)中的應(yīng)用前景。詳見(jiàn)：AnalChem，2010，82:6680-6686。

３ 液滴微流控技術(shù)用于超高通量的酶進(jìn)化篩選

 通量是高效藥物篩選的基本要求。微流控技術(shù)有可能成為高通量，甚至超高通量篩選的主流平臺(tái)。近期，美國(guó)哈佛大學(xué)的 Weitza研究組構(gòu)建了一套基于微流控芯片液滴技術(shù)的超高通量篩選平臺(tái)，與現(xiàn)有設(shè)備相比，其篩選通量和速度均有明顯的突破。該研究將分散在油相中的液滴作為納升級(jí)反應(yīng)器，每秒鐘可篩選上千個(gè)反應(yīng)，利用這一系統(tǒng)進(jìn)行酶的定向進(jìn)化篩選，篩選出的突變型辣根過(guò)氧化酶的催化速度較其親代酶高10余倍。他們首先對(duì)約107個(gè)原始樣本進(jìn)行超高通量的初篩，得到大約100個(gè)活性較高的突變型辣根過(guò)氧化酶，進(jìn)入第二輪篩選。通過(guò)第二輪更嚴(yán)格的篩選，得到了更高效的突變型辣根過(guò)氧化酶。他們僅僅用了10ｈ就完成了對(duì)108個(gè)酶反應(yīng)的篩選，總試劑消耗量小于150μＬ。與現(xiàn)有技術(shù)相比，該方法的篩選速度提高了1000倍，而費(fèi)用只是現(xiàn)有技術(shù)的100萬(wàn)分之一，顯示了巨大的應(yīng)用潛力。詳見(jiàn)：PNAS，2010，107：4004-4009。

４ 液滴微流控技術(shù)用于模式生物線(xiàn)蟲(chóng)神經(jīng)生物學(xué)研究 

秀麗隱桿線(xiàn)蟲(chóng)是一種重要的模式生物，從20世紀(jì)60年代開(kāi)始被廣泛用于發(fā)育學(xué)、遺傳學(xué)和神經(jīng)生物學(xué)等研究。傳統(tǒng)線(xiàn)蟲(chóng)研究通常采用手工操作，通量低，耗時(shí)長(zhǎng)，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)線(xiàn)蟲(chóng)的精確操控。微流控芯片的通道及液滴尺寸與線(xiàn)蟲(chóng)匹配，其微型化、規(guī)模集成和快速運(yùn)行的特點(diǎn)為線(xiàn)蟲(chóng)生物學(xué)研究提供了一種新的技術(shù)平臺(tái)。大連化學(xué)物理研究所Shi等以芯片上納升級(jí)高通量液滴作為平臺(tái)，以模式生物線(xiàn)蟲(chóng)帕金森病藥理學(xué)模型為對(duì)象，建立了一種基于液滴微流控技術(shù)的模式生物藥物篩選系統(tǒng)，用于研究神經(jīng)毒素誘導(dǎo)線(xiàn)蟲(chóng)產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)、神經(jīng)元變性和氧化應(yīng)激等多種行為。該研究設(shè)計(jì)了一種多層微流控芯片，集成有液滴生成器、液滴捕獲陣列和楔形通道陣列等結(jié)構(gòu)，可以把單一線(xiàn)蟲(chóng)從群體中隔離出來(lái)，并逐一實(shí)現(xiàn)單個(gè)線(xiàn)蟲(chóng)液滴包裹、運(yùn)動(dòng)行為監(jiān)測(cè)、線(xiàn)蟲(chóng)固定以及熒光成像等多個(gè)操作步驟。該工作首次利用微流控平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了對(duì)線(xiàn)蟲(chóng)帕金森病模型的運(yùn)動(dòng)缺陷、神經(jīng)元變性及氧化應(yīng)激水平等３個(gè)指標(biāo)的單個(gè)線(xiàn)蟲(chóng)水平的同時(shí)檢測(cè)。這極有可能使人們能夠準(zhǔn)確記錄單個(gè)線(xiàn)蟲(chóng)在接受藥物刺激后行為的瞬間變化，為研究神經(jīng)退行性變疾病病因和模式生物高通量藥物篩選提供了一個(gè)重要的平臺(tái)。詳見(jiàn)：LabChip，2010，10：2855-2863。

５ 基于噴蠟打印機(jī)的簡(jiǎn)易紙質(zhì)微流控芯片制備方法

紙質(zhì)微流控芯片是近期發(fā)展起來(lái)的一種新的微流控芯片形式。與普通意義上的微流控芯片基材相比，它具有成本低、制備簡(jiǎn)單、無(wú)需復(fù)雜外圍設(shè)備等特點(diǎn)，非常適用于發(fā)展資源匱乏條件下的生化檢測(cè)新方法。大連化學(xué)物理研究所Ｌｕ等以硝酸纖維素膜為基質(zhì)材料，建立了一種基于噴蠟打印技術(shù)的簡(jiǎn)易紙質(zhì)微流控芯片制備方法，其整個(gè)芯片制備過(guò)程（包括打印和烘烤）可以在10內(nèi)完成。在這種新型的硝酸纖維素膜紙芯片上，利用蠟的疏水特性制備了不同形狀、不同尺寸的圖案化陣列，進(jìn)而可實(shí)現(xiàn)對(duì)多種蛋白質(zhì)的陣列化固定，以及對(duì)人免疫球蛋白Ｇ（IgG）的斑點(diǎn)免疫檢測(cè)。該方法可顯著降低常規(guī)方法中極易出現(xiàn)的咖啡環(huán)效應(yīng)和交叉污染，可獲得均勻的反應(yīng)信號(hào)。它作為一種簡(jiǎn)捷、快速和低廉的微流控芯片制備方法，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)檢測(cè)和遠(yuǎn)程診斷中有重要的應(yīng)用前景。詳見(jiàn)：AnalChem，2010，82:329-335。

６ 紙質(zhì)微流控芯片與商用電化學(xué)檢測(cè)器聯(lián)用 

紙質(zhì)微流控芯片與電化學(xué)檢測(cè)器聯(lián)用為開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)易、便攜化的診斷平臺(tái)提供了一種新的手段。近期，美國(guó)哈佛大學(xué)的Nie等研制了一種新型紙質(zhì)微流控芯片，可替代商品化的血糖試紙條，并與血糖檢測(cè)儀配合使用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)血液樣本內(nèi)葡萄糖的定量檢測(cè)。該芯片化試紙條具有降低檢測(cè)成本、擴(kuò)展檢測(cè)范圍的潛力。利用這種新型芯片試紙條進(jìn)行血糖檢測(cè)，檢出限可達(dá)26mg/dL，最小樣品消耗量約為1μL，與商用試紙條相當(dāng)。此外，它還可以檢測(cè)液體中的膽固醇和乳酸（檢出限分別為0.34mmol/L和1.1mmol/L），以及水中的酒精含量（檢出限為0.1mmol/L）。該集成化微流控芯片裝置具有方便攜帶、成本低廉、可多指標(biāo)同時(shí)檢測(cè)，與商業(yè)化血糖儀兼容等優(yōu)點(diǎn)。若與手機(jī)相結(jié)合，則有利于家庭護(hù)理和遠(yuǎn)程診斷技術(shù)的發(fā)展。詳見(jiàn)：Labchip，2010,10:3613-3169。

DOI：10.3724/SP.J.1123.2010.01009  作者：秦建華（中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所）