什么是微流控芯片？

微流體依賴于約束在某種類型的小型平臺上精確液體的控制和操縱。如果要將樣品制備、生化反應(yīng)、結(jié)果檢測等步驟集成到一塊幾平方厘米的芯片上，這時(shí)功能強(qiáng)大的微流體裝置就顯得必不可少了。

這種平臺稱為“微流控芯片”，是利用常規(guī)的平面加工工藝（光刻、腐蝕等）在硅、玻璃上制作的，或是在有機(jī)材料上印制、成型出微結(jié)構(gòu)的“軟光刻”微加工方法而成。

微流控分析芯片最初在美國被稱為“芯片實(shí)驗(yàn)室”（lab-on-a-chip），在歐洲被稱為“微整合分析芯片”（micrototal analytical systems），它是微流控技術(shù)（Microfluidics）實(shí)現(xiàn)的主要平臺，可以把生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)分析過程的樣品制備、反應(yīng)、分離、檢測等基本操作單元集成到一塊微米尺度的芯片上，自動完成分析全過程。在“微流控芯片”系統(tǒng)上，有著體積輕巧、使用樣品及試劑量少，且反應(yīng)速度快、可大量平行處理及可即用即棄等優(yōu)點(diǎn)。

1）CTC分離和檢測的“好幫手”

來自賓夕法尼亞州立大學(xué)教授Tony Jun Huang發(fā)明了一種叫做“聲鉗”的裝置，是利用超聲波在特定的容器或反應(yīng)腔內(nèi)對目標(biāo)樣品（生物粒子或細(xì)胞等）進(jìn)行分離、捕獲等操縱的技術(shù)。

Huang教授表示，微聲的流體系統(tǒng)功率強(qiáng)度和頻率保持在生物相容的范圍內(nèi)。從本質(zhì)上講，聲學(xué)處理過程不改變細(xì)胞的屬性。聲光射流的能量密度用于超聲成像對妊娠試驗(yàn)非常相似，這已被證明是絕對安全的。

事實(shí)上，這種技術(shù)是如此的生物溫和，可以用來轉(zhuǎn)移蛋白質(zhì)、高分子量DNA和活細(xì)胞，且具有無損傷或損失的可行性。這使得它適合于各種各樣的應(yīng)用，包括蛋白質(zhì)組學(xué)和基于細(xì)胞的檢測。“聲鉗”微流體（Acousto fluidics）能夠在一個(gè)手機(jī)大小的廉價(jià)設(shè)備上提供高精度、高通量、高效的細(xì)胞/顆粒/流體操縱。

3）紙基微流控芯片

科羅拉多州大學(xué)Henry Group 項(xiàng)目的領(lǐng)銜者、化學(xué)教授Charles Henry博士表示：紙基微流控紙芯片(paper-based microfluidic analytical devices，μPADs)是一種新興的微流控分析技術(shù)平臺，具有成本低、加工簡易、使用和攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)，在臨床診斷、食品質(zhì)量控制和環(huán)境監(jiān)測等應(yīng)用領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用前景。它用紙張作為基底替代硅、玻璃、高聚物等材料，這種分析器件被稱為紙上微型實(shí)驗(yàn)室，也稱微流控紙分析器件。

在Henry教授看來，紙基微流控芯片在臨床診斷上的應(yīng)用集中在肽核酸的比色檢測中，使用紙基微流控芯片的檢測速度遠(yuǎn)高于細(xì)菌和病毒檢測。此外，他們實(shí)驗(yàn)室基于“紙基微流控芯片”開發(fā)了一種環(huán)境中PM2.5暴露情況的診斷。

4）液滴微流控系統(tǒng)

液滴微流控系統(tǒng)（Droplet microfluidics，也稱“微流控液滴”）是微流控芯片領(lǐng)域的一個(gè)新的分支，可被廣泛應(yīng)用于液滴微反應(yīng)器、藥物輸運(yùn)和釋放、單細(xì)胞包裹分析、基于液滴的數(shù)字化PCR、組織工程、診斷成像等，微液滴技術(shù)在商業(yè)上應(yīng)用最為成功的例子要數(shù)噴墨打印機(jī)，可以極大減少用墨量的同時(shí)提高了打印的質(zhì)量。

來自加拿大滑鐵盧大學(xué)（University of Waterloo）機(jī)械與機(jī)電工程系芯片實(shí)驗(yàn)室技術(shù)主任Carolyn Ren教授表示，她的實(shí)驗(yàn)室評估了氣-液系統(tǒng)，以及依賴于兩種不混溶液體的系統(tǒng)。結(jié)果表示：液滴生成基本的轉(zhuǎn)運(yùn)、捕捉和分類現(xiàn)象，以不同的幾何形狀的生成物理模型和液滴分選區(qū)。

在她進(jìn)行的試驗(yàn)中，與傳統(tǒng)的板式法相比，其設(shè)計(jì)的液滴微流控系統(tǒng)的容量是前者的1/1000。該技術(shù)平臺可應(yīng)用于藥物篩選，DNA檢測和蛋白質(zhì)的結(jié)晶等其他應(yīng)用。當(dāng)然，這項(xiàng)技術(shù)也采用了電傳感機(jī)制，如電容和微波傳感。

汶顥設(shè)計(jì)并開發(fā)了一系列標(biāo)準(zhǔn)微流控芯片，包括玻璃、PMMA、PDMS等材質(zhì)。標(biāo)準(zhǔn)芯片能夠滿足常規(guī)應(yīng)用需求，包括液滴發(fā)生、溶液混合、細(xì)胞培養(yǎng)、濃度梯度等。為了配合標(biāo)準(zhǔn)芯片的使用，方便樣品導(dǎo)入和實(shí)驗(yàn)觀察，公司提供一系列標(biāo)準(zhǔn)夾具。夾具具有連接簡單、操作方便、節(jié)省客戶時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)。