在生物醫學領域中的應用

①臨床血細胞分析 近來Ayliffe等人研制出了第一臺阻抗計數、光譜分類的細胞芯片分析儀。他們將微流路和微電極組合到芯片上，實現了細胞的分類和計數。爾后許多研究者對此進行了改進，使這一技術日趨完美，不僅可以進行細胞的分類和計數而且還實現了血紅蛋白的定量測定。值得一提的是Gaward等研制了一種2cm×3cm大小的細胞分析芯片。他們利用阻抗法和光學分析技術實現了細胞的分析和顆粒大小的測定。近來美國華盛頓大學與美國Backman公司合作研究出了可供檢測血細胞的一次性塑料芯片，大大減少了檢測成本和儀器的體積。

②核酸分析 微流控芯片實驗室一開始就在DNA領域顯示其極強的功能，涉及到了遺傳學診斷，法醫學基因分型和測序等方面內容。Tezuka等在芯片上構建一種整體集成的納米柱型陣列結構，這種納米柱直徑200～500nm，高5mm，類似于排列在一起的多個梳子，用于研究DNA的電泳特征及其分離，已分離了T4 DNA和165.5kbp的lambda標樣；Lee等制成集成有微混合器和DNA純化裝置的一次性微流控芯片系統，用于DNA的樣品制備，在微通道里放置陰離子交換樹脂，得到了單一頭發絲中的線粒體DNA的電泳圖；Hofg?rtner等利用微流控芯片快速分析腦脊液樣品中的DNA，診斷帶狀皰疹病毒性腦炎所需時間只有腦脊液樣品普通凝膠電泳的百分之一；本文作者最近用自研的微流控芯片系統分析了腫瘤細胞基因甲基化測定的PCR樣品，與普通凝膠電泳相比其檢測靈敏度提高了1024倍，其分析時間縮短了100倍以上。

③蛋白質分析 Duffy等利用CD盤式塑料陣列芯片采用離心的方式進行了堿性磷酸酶分析，每個樣品檢測只需3ml試劑，幾分鐘內可分析幾十個樣品。瑞典的GYROS公司已生產出類似的產品并進行了肌球蛋白、IgG、IgA分析。近來Burke和Regnier在芯片上利用電泳輔助微分析系統（Electrophoretically mediated microanalysis，EMMA）進行了β-半乳糖苷酶的分析測定。以Ramsey實驗小組為代表的很多研究者利用芯片進行了蛋白質和肽的二維電泳分離與檢測，為蛋白質的組學研究提供了一種快捷、便利的分析工具。

④藥物分析 Hatch等利用“快速擴散免疫分析”方法在芯片上進行了全血Phenyton（一種抗癲癇藥）濃度測定，測定時無需去紅細胞，檢測時間不足20秒。Chiem等人利用競爭免疫分析法檢測血清樣品中的治療哮喘用的藥物茶堿的濃度，辦法是將含有未標記的藥物樣品和已知數量的熒光標記的藥物及藥物抗體混合，未標記的藥物與標記的藥物競爭，導致標記的藥物與抗體復合物的峰信號降低，而單個的標記藥物峰信號增加，以LIF為檢測器，在稀釋的血清中藥物檢測限為1.25mg/L，分離時間不超過50秒。Sathuluri等人利用細胞芯片進行抗腫瘤藥物的高通量篩選。在芯片實驗室上進行手性藥物分離及藥物相互作用研究等方面的文獻報道較多。

⑤小分子分析 Argaint等研制了一種含有PO2、PCO2和pH傳感器的硅芯片用于血氣分析。整個芯片的尺寸僅有6mm×22mm大小。用聚丙烯酰胺和聚硅氯烷聚合層分別作為內部電解質腔和氣體滲透膜。用集成電路的制作工藝將整個傳感器件集成在硅片上。因流路通道也被直接集成在硅芯片上，所以減少了樣品和試劑的用量，且分析精度又能滿足臨床檢測的需要。這種產品適宜批量生產。

Koutny等利用免疫芯片電泳不需要進行預濃縮，即可在臨床感興趣的范圍（10～600mg/L）內對血清皮質醇進行芯片電泳免疫分析。Rodriguez等利用同步循環模式，通過CZE和MEKC兩種方式分離人尿中的苯丙胺，甲基苯丙胺，3，4-亞甲基二氧甲基苯丙胺及b-苯基乙胺的衍生產物，檢測限為10mg/L，遠高于目前實際應用的要求。

當然，其應用不僅僅局限在生物醫學領域，在化學有機合成和分析化學等方面亦得到時了廣泛的應用，在此不再細述。

芯片實驗室發展趨勢

芯片實驗室由于它的發展涉及很多學科，又由于研究者的專長和興趣不同，研究的側重點不同，因此重現出發展的多樣性，總的發展朝著更加完善的方向發展。

1．芯片制造由手工為主的微機電（MEMS）技術生產逐漸朝自動化、數控化的亞紫外激光直接刻蝕微通道方向發展。

2．將泵、閥、管道、反應器等集于一體，呈高度集成化。最具代表性的工作是美國Quake研究小組將三千多個微閥、一千個微反應器和一千多條微通道集成在尺寸僅有幾十個平方毫米面積的硅質材料上，完成了液體在內部的定向流動與分配。

3．用于芯片實驗室制造的材料呈現出多樣式，朝著越來越便宜的方向發展。由最初的價格昂貴的玻璃和硅片為材料，發展成為以便宜的聚合物材料，如聚二甲基硅烷（PDMS）、聚甲基異丁烯酸（PMMA）和聚碳酸酯（PC）等。因而，為將來的一次性使用提供了基礎。

4．由于不同樣品分離檢測的需要，分離通道表面的改性呈現出多樣性發展。用磺化、硝化、胺化及把帶雙官能團的化合物耦合到表面的胺基上的辦法加以修飾可獲得各種分子組分的表面；用EDA、PDA、CAB、SPH及有機硅烷和無機氧化物等加以修飾微通道表面，以改善吸附特性，改變疏水性和控制電動力學效應以提高分離效率。

5．芯片實驗室的驅動源從以電滲流發展到流體動力、氣壓、重力、離心力、剪切力等多種手段。一種利用離心力的芯片已經商品化，被稱為Lab-on-a-CD，因為該芯片形狀象一個小CD盤。

6． 芯片實驗室的檢測技術朝著多元化發展。目前最常用的檢測器是熒光和電化學檢測器。隨著固態電子器件的發展，一些傳統的檢測方法也進入這一領域，如采用半導體微波源的MIPAES檢測、不需標記的SPR檢測、快速阻抗譜（FIS）檢測、NIR時間分辨熒光檢測。

7．應用方向：芯片實驗室已從主要應用的生命科學領域擴展到其它領域。例如用于DNA、RNA、蛋白質等方向分析檢測，還用于化學和生物試劑、環境污染的監測；監控微秒級的化學和生物化學反應動力學；用于許多化學合成反應的研究，藥物和化學合成與篩選等。因此，芯片實驗室不僅為分析化學家，也為合成化學家特別是藥物合成化學家打開了通往無限美好明天的大門。

8．芯片實驗室產業化發展越來越明顯、越快速。由于它的基礎研究和技術研究越來越專和精，使整體技術發展速度加快，再加之它朝著檢測功能化方面發展，其應用前景越來越廣。因此，產業化前景看好，有可能成為新的經濟增長點。

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