在傳統實驗室中，一系列可用的技術使科學家能夠對細胞進行遺傳工程化研究，確定其機械特性、分析遺傳差異。通過標準設備和試劑盒通常需要相當大的人力和成本。到目前為止，進行實驗意味著使用來自已建立的制藥和生物技術公司的昂貴的標準儀器。例如，人們可以開始他們的一天準備10 L培養基在大型恒化器中培養微生物;使用DNA提取試劑盒裂解細胞，進行多輪離心; DNA純化;使用臺式實時聚合酶鏈式擴增（rt-PCR）機器進行擴增和目標檢測。如果一個標準實驗室只有載玻片的尺寸能夠完成從細胞培養到突變鑒定的步驟，只需一半的時間和一半的成本？

微流控生物芯片

微流控技術就是一種這在減少傳統實驗室檢測時間和成本方面顯示出巨大的潛力。 簡而言之，微流控是控制數十至數百微米范圍內的通道中的流體。 由于處理流體的規模較小，所以流動通常是層流（雷諾數<100）并且可以非常精確地控制。 鑒于大多數生物樣品含有數千至數百萬個要分析的細胞，并且可能難以收集，因此微流體特別適用于生物學工作，因為它只允許少量樣品進行高通量處理。

使用微流控技術的芯片實驗室（LOC）的想法是研究原理集成到納米到微米級的單個微型器件中。然而，值得注意的是，微流體的想法并不是最近的。自20世紀50年代以來，微通道中的流體操作一直存在。然而，該領域圍繞使用集成電路技術制造的器件集中在硅襯底上，同時利用電滲流來操縱其目標。隨著90年代軟材料和先進制造技術的出現，微流體在生物學家和工程師中廣泛流行。從基于細胞的檢測，基因組學，蛋白質組學，轉錄組學甚至藥物發現，微流體已經在生物科學的許多學科中分支出來。微流控技術可以進一步分為兩類，采用主動分選或被動（無標記）分選方法來控制目標。隨著微流體技術的進步，對單個細胞的分析成為可能。

1.單細胞的需求

在許多科學研究中，海量數據通常用作解釋結果的表示法。然而，這種技術的主要缺點是種群內可能存在異質性。一個充分研究的例子是轉移性癌癥患者血液中存在的循環腫瘤細胞（CTC）。 CTC是從原發腫瘤向血流中傳播以開始轉移過程的腫瘤細胞。雖然大多數循環中的腫瘤細胞無法在敵對的免疫環境和血管中的高剪切下存活，但是一些CTC成功地在遠處形成移動并建立轉移病灶。盡管可以使用液體活組織檢查（一種非侵入性技術）獲得全血，但極低數量的CTC（1-10 / mL）意味著從全血中獲取平均值可能會得出偏向于野生型讀數的結果，例如白血細胞。而且，由于這些細胞的數量很少，遺傳信息也可能被掩蓋。微流體技術已經實現了CTC的分離和分離。通過這種方式，可以在單個細胞水平上進行基因組分析，這可以揭示關于癌癥患者突變狀態的關鍵信息。這將允許臨床醫生個性化治療并提高這些患者的生存率。

Figure 1. 微流控單細胞分離裝置. Image adapted and reproduced with permission from Yeo et al., Sci. Rep. 6, 22076 (2016). Copyright Nature Publishing Group.

2.便攜性

在發展中國家，傳染病是人民和經濟發展的普遍問題。 由于缺乏設備完善的診斷實驗室，這種情況更加惡化。 分子檢測如酶聯免疫吸附試驗，蛋白質印跡和PCR等通常需要熟練的技術人員和幾個小時的加工。 因此，一個可能的解決方案是提供便攜式即時護理（POC）設備，以提供快速檢測。 特別是，一種涉及使用紙微流體技術的新興技術已經顯示出以最少的步驟檢測HIV等病原體的希望。 紙基微流控技術也已在該領域成功部署，用于檢測埃博拉病毒。 制造成本低，功能多樣，微流體設備體積小，適用于POC診斷。 特別是，紙微流體消除了實驗室和龐大的設備來執行這些測試。

在全球范圍內，實驗室正在推動工程和生物學的界限。 除了其明顯的便攜式尺寸外，微流體的其他優勢如下：

操縱的靈活性

較低的試劑

經濟可承受性

實時監控

流體動力學中還有其他許多物理現象。 除了基于紙張的方法之外，還有以下常用的方法：

液滴微流控

數字微流控

傳感器微流體

光流控

隨著各國從基礎研究向平移研究過渡，跨越不同專業知識的整合與合作是關鍵。 盡管如此，盡管與微流控相關的出版物數量不斷增加，但很少有設備最終被商業化。 一個迫切需要解決的問題是需要通過鼓勵有抱負的科學家與行業和臨床醫生合作，確定市場需求并通過開發商業用途設備來進一步推進短期研究項目。

微流體研究的多樣性可以產生更好的想法，競爭可能會推動突破性項目。 與傳統的實驗室工作臺設備相比，微流體中可見的更高通量意味著在更短的時間內獲得結果，并具有更高的空間和時間分辨率。 隨著微流體技術的進步，我們正在朝著一種微創工具進行癌癥評估，并在資源有限的地區檢測病原體。 希望在不久的將來，我們將開發一種POC設備，可以從舒適的家中提供快速的健康分析，而無需在醫院長時間等待。 微流體技術正在通過將診斷能力從實驗臺轉移到消費者手中來徹底改變實驗的方式，并且可能會以前所未有的方式補充科學研究。