微流控芯片是20世紀90年代在分析化學領域發展起來的，它以微管道網絡為結構特征，以生命科學為主要應用對象，并開始在分析化學、生命科學及生物醫學器件等領域發揮愈來愈重要的作用，是當前生命科學、化學、微機械和微電子學領域的研究熱點。

微流控芯片的基本結構是比較簡單的，就是在幾十個平方厘米的基板上加工出微通道，然后將蓋片和基片鍵合到一起，以形成封閉的微流體通道。由于微型化、集成化的微流控芯片具有高效、快速、試樣用量少、節約藥品等優點，并在氨基酸和蛋白質的分離、免疫分析、DNA分析和測序、生物細胞研究等方面顯示出巨大的潛力。這必將對疾病診斷和治療、新藥開發、食品衛生等諸多領域產生革命性的影響。

微流控芯片的基體材料，最常用的是晶體硅和玻璃。晶體硅具有散熱好、強度大、價格適中、純度高和耐腐蝕等優點，但絕緣性和透光性較差，深度刻蝕困難、硅基片的粘合成功率低影響了硅的應用。玻璃是現今使用得最多的一種芯片材料，因為玻璃有一定的強度、散熱性、透光性和絕緣性大都比較好，很適合通用的樣品分析；但存在深度刻蝕困難，鍵合溫度高且鍵合成品率低等缺點。塑料價格便宜、絕緣性好，可施加高電場實現快速分離，成形容易，批量生產成本低，易獲得高深寬比的微結構，經紫外、激光和化學處理后還可以改變電滲流，具有廣闊的應用前景。但塑料的導熱性差，熱封接后微通道容易變形，雖然可以采用粘接方法，但粘接劑易堵塞微通道。硅橡膠（PDMS）具有價格便宜、絕緣性好、易成形和批量生產成本低等優點，采用光激發檢測時產生的背景熒光比塑料低，已成為另一個研究熱點。

微流控芯片在生命科學領域的應用

一、蛋白質分析

在蛋白質分析技術中，蛋白質芯片是一種高通量。微型化和自動化的新型分析手段。目前蛋白質芯片主要有兩種：一種類似于DNA芯片，即在固相支持物表面高密度排列的探針蛋白

點陣，可特異地捕獲樣品中的靶蛋白，然后通過檢測器對靶蛋白進行定性或定量分析；另一種就是微流控芯片，通過在玻璃片或硅片上設置各種微泵、微閥、微電泳以及微流路，可將生化實驗室的分析功能濃縮固化在蛋白質芯片上，然后在電場作用下，樣品中的蛋白質通過芯片上的孔道分離開來，經噴霧直接進入質譜儀中進行檢測，以確定樣品中蛋白質的分子量及種類。

    二、免疫分析

從一種復雜的生物樣品中確定量地分析某種特定的蛋白質在生命科學研究中經常用到。經過多年的應用和發展，免疫分析已經成為臨床診斷、生物醫學以及環境化學研究中一種有力的分析手段。免疫分析按抗原和抗體在反應過程中是否分離可分為均相和非均相免疫分析。

1、均相免疫分析

    在微流控芯片上進行免疫分析是對毛細管電泳免疫分析技術的重大變革。這種微片裝置是在微型的玻璃片或者硅片上采用化學刻蝕等技術產生一些微小的通道來代替傳統的毛細管作為電泳分析的場所。

2、非均相免疫分析

非均相免疫分析是指在反應過程中將親和反應的一方固定于載體上，該方法所采用的載體通常是高分子聚合物。非均相免疫分析的方法在疾病診斷及藥物學研究領域都有廣泛的應用，其中通過對微流控芯片表面進行修飾的非均相免疫分析最為常用，為了防止蛋白質非特異性吸附的發生，在分析之前必須對芯片進行預處理。

三、DNA分析及測序

1、DNA分析

微流控芯片可用于迅速分離DNA限制性片段PCR產物，比常規的毛細管電泳分離要快得多。在微流控芯片上觀察熒光標記DNA的重復三聯體序列，分離速度是常規毛細管電泳的幾十倍。帶有微柱的微流控芯片可以將不同長度的DNA分子經過電泳分離開來，在脈沖電場下，速度快、靈敏度高，而且PDMS價格低，制作工藝簡單，可以大量生產，因此具有較大的應用前景。

2、DNA測試

    用微流控芯片四色標記測序，可在540s分離150個堿基，準確率在97%以上。常規DNA測序需要制備微升級的樣品，試劑消耗量大，有報道將納升級的樣品制備系統縮微到芯片上進行測序，可在分離前除去多余的引物、鹽份、核苷酸等，所用測序體積是Sanger雙脫氧鏈終止法的1/300，測序成本明顯降低，而且可進行固相測序。

四、細胞培養及檢測

微流控芯片技術用于細胞培養及其生化分析已引起較廣泛的關注，如細胞操作，綠色熒光蛋白的表達，基因轉染，細胞活性測試，細胞分離，細胞內鈣離子的測量，激素分泌檢測以及高通量的細胞含量分析等。

   微流控芯片在生命科學領域的發展前景

微流控芯片是通過在芯片上加工出微型通道和其他的功能單元，實現樣品的進樣，反應、分離和檢測等過程。它是一種多功能快速、高效、試樣用量少的微型實驗室裝置，其最終目標是建立微全分析系統或微芯片實驗室。經過十余年的發展和改進，該技術已經取得了喜人的成就，尤其在生命科學研究中表現出巨大的應用前景。

微流控芯片技術是一門新興的交叉技術，它的完善需要化學、微電子及微機械學、材料及生命科學工作者的協同努力才能實現。近年來該技術正朝著微型化、集成化、自動化的方向迅速發展，可以預料，在不久的將來它必將成為生命科學最主要的分析研究手段之一。