《電子技術(shù)應(yīng)用》
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微流控芯片下一場生物醫(yī)療”革命“

2017-10-17
關(guān)鍵詞: 微流控芯片 智能化

  應(yīng)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要,微流體在近幾年也迅猛的發(fā)展。微流體是具有微尺度(幾十到幾百微米)集成通道系統(tǒng)的科學(xué)和技術(shù)。在其中,微量的液體(通常為10-9至10-18升)在系統(tǒng)的控制下進行特定模式的流動。聽著如此黑科技的微流體的發(fā)展其實可以追溯到數(shù)十年前,生物化學(xué)分析的微量化和平面化要求是微流體發(fā)展很好的推動力。自那時起,“芯片實驗室”和微尺度全面分析系統(tǒng)(μTAS)的概念就被逐步建立了起來。

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  在微流體的世界中,隨著流體尺寸的縮小,其比表面積逐漸增加,這就使得其呈現(xiàn)和宏觀流體不同的特性??偨Y(jié)起來,微流體主要有三個特點:高效質(zhì)量傳熱,粘性對慣性力的相對優(yōu)勢,以及顯著的表面效應(yīng)。除此之外,高集成度的微流體系統(tǒng)有助于多個流體相的共存,并發(fā)生多樣的相互作用。這些特征使得使用小型化設(shè)備控制和操縱單個流體以及流體界面成為可能,也使得微流體在包括物理,化學(xué),生物,醫(yī)藥,以及工程的多個領(lǐng)域受到追捧。

  今天,小編在這里想要和大家重點討論一下微流體技術(shù)對于生物化學(xué)的革命性影響。微流體在生物化學(xué)領(lǐng)域的影響可謂十分廣泛,其涉足了酶分析,DNA分析(例如聚合酶鏈反應(yīng)和高通量測序),以及蛋白質(zhì)組學(xué)分析等多個方面。微流體生物芯片的基本思想是將檢測操作,樣品預(yù)處理,以及樣品的制備整合到一個芯片上,使其具有高通量的特性。這樣的生物芯片也可以在臨床病理學(xué),特別是疾病的直接診斷中,起到重要的作用。此外,基于微流體的設(shè)備,比如能對空氣或水樣進行連續(xù)采樣,以及實時檢測的設(shè)備,可以用于生物化學(xué)毒素以及致病微生物的檢測。除了上述的檢測手段以外,微流控技術(shù)已經(jīng)為生物學(xué)家提供了強大的工具來研究和控制完整的細胞環(huán)境,在細胞生長,衰老等多個方面成為了促進新發(fā)現(xiàn)的“神助攻”。下面,我們就來舉幾個具體的例子,看看微流體是怎么履行自己的職責的。

  在生物分析方面,微流體在離子,小分子,生物大分子,如核酸和蛋白質(zhì),的檢測方面都能發(fā)光發(fā)熱,也為此引發(fā)了很多標準生物分子技術(shù)的革命。其為聚合酶鏈反應(yīng)(PCR),逆轉(zhuǎn)錄PCR(RT-PCR),酶聯(lián)免疫吸附測定(ELISA)等提供了全新的技術(shù)平臺。此外,液滴微流體,微流體的一種,已經(jīng)能夠成功地進行細胞水平的分析,很多經(jīng)典的細胞操作都可以在微液滴中進行。

  以往提到化學(xué)反應(yīng),眼前浮現(xiàn)的就是那些怎么刷也刷不干凈的瓶瓶罐罐。但是現(xiàn)在,微流控的液滴就能作為一個小型的化學(xué)反應(yīng)器存在,并且研究人員能做到對其環(huán)境的精確控制。其已經(jīng)被應(yīng)用到多種反應(yīng)中去了,包括滴定,沉淀,水解等等??鼓幬锇⒓忧嗟囊旱挝⒘黧w平臺就是一個極好的例子。其使得研究人員能夠在一個芯片上面,通過部分促凝血酶原激酶活化時間來測量凝血時間,并借此確定阿加曲班的適當劑量。除了水相的反應(yīng),液滴微流體也支持有機相的反應(yīng)。但是,此時,制造儀器所用的材料就需要精挑細選了,免得有機溶劑的腐蝕造成通道的變形。硫羥基聚合物就是一個不錯的選擇,其具有比PDMS材料更強的有機穩(wěn)定性。

  當然,除了小分子,利用微流體進行生物大分子的分析也是不在話下。現(xiàn)在的微流體技術(shù)已經(jīng)被比較成熟地運用于DNA,RNA,以及蛋白質(zhì)的分析領(lǐng)域,其甚至可以幫助蛋白質(zhì)的結(jié)晶。

  除了分子層面的分析,微流體也可以幫助研究人員直接進行細胞層面的操作。細胞包埋,組織培養(yǎng),細胞凍存,復(fù)蘇,裂解等等都已經(jīng)是家常便飯,不足掛齒。讓小編大開眼界的是,微流體甚至可以幫助細胞的基因傳遞。

  基因傳遞是將外源基因引入宿主細胞的常用手段,其能夠調(diào)節(jié)宿主基因的表達,甚至能夠作為基因治療的主要步驟。基因傳遞可以分為轉(zhuǎn)染,轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)導(dǎo)三類。研究人員曾經(jīng)報導(dǎo),利用質(zhì)粒將增強型綠色熒光蛋白


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