微全分析系統(tǒng)(?TAS)或者“芯片實驗室”（Lab-on-a-Chip）已經(jīng)越來越受到人們的關(guān)注。微流控芯片實驗室是在微機械、微電子、生物工程以及納米技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門全新的交叉學(xué)科，涉及到物理、化學(xué)、生物等多個基礎(chǔ)學(xué)科領(lǐng)域。它以微流控技術(shù)為基礎(chǔ)，制備出小尺度（從微米到納米）的通道、腔、閥、泵等流體器件，并利用各種物理手段，研究小尺度上流體的特異性質(zhì)，發(fā)展小尺度控制流體運動和物理化學(xué)變化。目前，這門學(xué)科已經(jīng)成為國際上的一個研究熱點，其專業(yè)期刊《Lab on a Chip》自2001年創(chuàng)刊以來已經(jīng)成為這個領(lǐng)域最具代表性的權(quán)威雜志，相關(guān)的專業(yè)國際會議μTAS每年召開，微流的研究正在不斷地擴展到其他相關(guān)領(lǐng)域。

1.基于微流芯片的CTCs循環(huán)腫瘤細胞檢測捕捉與研究

開發(fā)基于微流芯片的CTCs循環(huán)腫瘤細胞高效捕捉與鑒別。結(jié)合先進的機械、電子、微流控芯片技術(shù)和納米生物技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)循環(huán)腫瘤細胞的高效捕獲和鑒別，進行高效的全血的循環(huán)腫瘤癌細胞的檢測。并以此發(fā)展一套切實高效可行的循環(huán)腫瘤細胞檢測方式。有效地將其應(yīng)用于體外早期診斷，化療藥物的快速評估，個體化治療包括臨川篩藥、耐藥性的檢測，腫瘤復(fù)發(fā)的監(jiān)測以及腫瘤新藥物的開發(fā)等。

循環(huán)腫瘤細胞（circulating tumour cell），通常把進入人體外周血的腫瘤細胞稱為循環(huán)腫瘤細胞。腫瘤細胞的一個特征是細胞間的黏附力非常弱，因此腫瘤細胞就有可能從瘤體脫落，如果脫落的部分進入了血液循環(huán)，即可成為循環(huán)腫瘤細胞。此類細胞可以隨著血液循環(huán)到遠處種植形成轉(zhuǎn)移，也可以與凝血系統(tǒng)作用形成血栓，也有研究說此類細胞可以刺激人體免疫系統(tǒng)可能對腫瘤的治療有研究意義。普通腫瘤細胞附著在腫瘤體上面，但是剝落的循環(huán)腫瘤細胞可以游走到身體各個部位，可以造成轉(zhuǎn)移和其他問題。

2.新型數(shù)字化閥控微流平臺及其應(yīng)用在藥物開發(fā)和抗藥篩選方面的研究

通過在現(xiàn)有微流控芯片基礎(chǔ)上集成多功能微閥、光學(xué)探測、電學(xué)分析等功能模塊，并利用計算機進行無人職守自動化控制，開發(fā)出一套可以用于現(xiàn)代生物醫(yī)藥開發(fā)研究的集樣品精密進樣、化學(xué)反應(yīng)合成、生物藥物篩選、細胞培養(yǎng)和在線藥物效果分析于一體的數(shù)字化閥控生物醫(yī)藥開發(fā)微流平臺。鑒于微流芯片超微量樣品合成處理能力的特征，整個項目將會圍繞微流控芯片在微量樣品的進樣、體積和成份可控的納升級液滴型微反應(yīng)液滴（形成微反應(yīng)腔）的生成，納升級樣品的預(yù)處理、納升級生化樣品的合成、納升級生化樣品的分離、純化及分析篩選等功能上的模塊開發(fā)以及實現(xiàn)納升級液滴在微流控芯片各個不同功能單元間進行傳輸為目標(biāo)展開。進一步完善生物藥物開發(fā)研究所需要的化學(xué)合成、藥物篩選、細胞培養(yǎng)等基礎(chǔ)模塊，制定標(biāo)準(zhǔn)接口，配合前面微量樣品處理、傳輸模塊，爭取實現(xiàn)實現(xiàn)基于此超微量功能模塊化芯片平臺的高通量生物醫(yī)藥開發(fā)、合成與篩選、病毒抗藥性、個體化跟蹤給藥等開發(fā)研究工作。借此開啟超微量功能模塊化芯片研究的新思路，為目前的數(shù)控模塊化芯片開發(fā)提供新方法。

3.基于微膠囊包被的單細胞分選與培養(yǎng)

傳統(tǒng)的細胞研究，主要基于細胞群體行為的，對一定數(shù)目的細胞進行染色或者基因表達分析，然而隨著生物學(xué)研究的進一步深入，對于單細胞的研究日益正在成為研究的熱點，本項目主要依靠微流控芯片這一新的技術(shù)平臺，在微米尺度對單細胞進行操控，將單個細胞包被進生物微膠囊中，從而為單個細胞的分選與培養(yǎng)創(chuàng)造條件。

通過單細胞的微膠囊包被，可以將單顆癌細胞進行培養(yǎng)，得到純的癌細胞株，從而為癌癥病人的個性化給藥，癌癥的治療與診斷創(chuàng)造條件；通過單細胞的微膠囊包被，在細胞層面實現(xiàn)操控，可以利用微膠囊的微環(huán)境，對細胞進行不同組分藥物的篩選；通過單細胞的微膠囊包被，利用微膠囊內(nèi)部的凝膠網(wǎng)絡(luò)，可以進行細胞的三維培養(yǎng)，克服了傳統(tǒng)平面培養(yǎng)細胞的缺點，為更真實模擬人體環(huán)境，進行細胞試驗提供良好的實驗平臺。

4.基于超聲駐波的細胞分選與捕獲

微流控芯片中，利用聲波對細胞進行操控，分選與捕獲。與流式細胞術(shù)儀等傳統(tǒng)分選手段相比，聲學(xué)的分選，主要是利用細胞的物理性質(zhì)（如大小，比重，密度等），不需要對細胞進行熒光染色，不需要對細胞進行磁性顆粒修飾，不需要對細胞進行表面修飾。而聲學(xué)駐波分選則主要是利用壓電陶瓷片，在硬質(zhì)芯片（如硅基芯片，玻璃芯片）中形成駐波，利用駐波波腹，波節(jié)特性受力的不同，對細胞進行分選。當(dāng)芯片設(shè)計合理時，可以使駐波的力足夠大，從而捕獲細胞，可以對細胞進行在線的培養(yǎng)，當(dāng)培養(yǎng)結(jié)束時，撤去聲學(xué)激勵源，就可以實現(xiàn)細胞的釋放，與傳統(tǒng)光鉗相比，聲學(xué)駐波的捕獲具有穩(wěn)定好，芯片制作及操控簡單，通量高等特點。通過聲學(xué)駐波的無接觸，無損捕獲細胞，可以進行血液中血細胞的篩選，可以對細胞尺寸進行分選，可以捕獲目標(biāo)細胞，進行在線的培養(yǎng)。

5.在線芯片生物大分子熒光毛細管電泳與PCR檢測聯(lián)用

主要將在線毛細管電泳和PCR實現(xiàn)分離連用。毛細管電泳（capillary electrophoresis，CE）又稱高效毛細管電泳（high performance capillary electrophoresis，HPCE），是一類以毛細管為分離通道、以高壓直流電場為驅(qū)動力的新型液相分離技術(shù)。毛細管電泳實際上包含電泳、色譜及其交叉內(nèi)容，它使分析化學(xué)得以從微升水平進入納升水平，并使單細胞分析，乃至單分子分析成為可能。而PCR作為一項基本的基本技術(shù)手段，已經(jīng)在生物學(xué)中廣泛應(yīng)用。目前的毛細管電泳主要是玻璃芯片，存在通量低，成本高等特點，而PCR平臺也存在體積較大，微量樣品操作不方便的等特點。在微流控芯片中，通過在微米尺度的通道兩端施加電壓，可以與熒光發(fā)光檢測系統(tǒng)結(jié)合，實時在線的檢測生物樣品，在獲取生物樣品后，通過芯片PCR，可以連續(xù)性的，高效的進行產(chǎn)物的擴增檢測。

本文節(jié)選自武漢大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院-趙興中教授課題組（轉(zhuǎn)載僅為傳遞有用信息，版權(quán)歸原作者所有，如侵犯權(quán)益，請聯(lián)系刪除）