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近年來，微流控學(xué)這個術(shù)語頻繁地出現(xiàn)在論文和學(xué)科雜志上，再加上體外診斷產(chǎn)品正在向小型化，自動化和智能化的方向發(fā)展，作為POCT化的有力工具，微流控學(xué)正在引起人們的關(guān)注。

 

-什么是微流控學(xué)-

 

微流控學(xué)是指精確控制和操作流體，在幾何上受限于小范圍（通常為亞毫米級）的尺寸，毛細(xì)管滲透在該范圍內(nèi)控制質(zhì)量傳輸。它是一個多學(xué)科領(lǐng)域，涉及工程、物理、化學(xué)、生物化學(xué)、納米技術(shù)和生物技術(shù)。它在處理少量流體以實現(xiàn)多路傳輸，自動化和高通量篩選的系統(tǒng)設(shè)計中具有實際應(yīng)用。

 

微流體技術(shù)的特有優(yōu)勢是儀器尺寸小，分析速度快，反應(yīng)時間短，能耗低，可進行多次分析的并行操作，以便作為便攜式設(shè)備，并能夠有效減少樣品和試劑的使用量等。

 

-微流控芯片的材料-

 

多年來，玻璃，硅和聚合物已被用于制造微流控裝置。每一種材料在作為微流控芯片的應(yīng)用中都有其各自的優(yōu)缺點。下面，我們將簡要描述微流體技術(shù)中最常用的材料。

 

聚二甲基硅氧烷，又稱PDMS-實驗室經(jīng)常使用PDMS進行單芯片原型設(shè)計。PDMS是一種透明且柔軟的彈性物體，由于通過鑄造來制造PDMS芯片非常容易且便宜，從而被廣泛使用。此外，由PDMS制成的芯片利用了震動微閥易于集成來實現(xiàn)快速流量切換以及空氣滲透性，用于細(xì)胞培養(yǎng)和研究。PDMS廣泛用于芯片原型設(shè)計，但是也同時暴露了它在工業(yè)生產(chǎn)的局限性。由于這種材料容易老化，而且PDMS吸收疏水分子，所以很難將電極集成到PDMS芯片中。另外，PDMS也不兼容高通量芯片制造工藝，如熱壓凸或注塑成型。

 

熱塑性聚合物，又稱PMMA PS-研究人員廣泛使用熱塑性聚合物來制造微流控芯片。即使熱塑性塑料比PDMS更復(fù)雜，成本更高，但熱塑性塑料是制造芯片的理想選擇，因為它們透明，與微米級光刻兼容，并且比PDMS更具化學(xué)惰性。對于某些應(yīng)用，研究團隊通過熱塑性芯片獲得了非常好的結(jié)果，而且由于可以將微電極集成到其中，熱塑性材料可以很好地用于某些芯片實驗室的工業(yè)化。

 

玻璃-可與微米級機械加工兼容，具有化學(xué)惰性，并具有廣泛的化學(xué)表面處理和可復(fù)制的電極集成度， 玻璃 是微流控芯片工業(yè)化的最佳選擇。從研究的角度來看，玻璃芯片的制造需要潔凈室和對微細(xì)加工有深入了解的研究人員。因此，并非所有研究實驗室都可以使用玻璃芯片。

 

硅-第一個芯片是由硅制成的，微技術(shù)是基于硅芯片的微加工。如今，硅并不是用于制造芯片的第一選擇，這主要是因為硅價格昂貴，不具有光學(xué)透明性，并且需要潔凈的工作環(huán)境以及對微加工有較強專業(yè)認(rèn)知的工作人員。此外，硅的導(dǎo)電性使得它不能用于需要高電壓（如電泳）的芯片實驗室操作。盡管如此，硅仍然是芯片產(chǎn)業(yè)化的備選材料，因為對于一些要求高的芯片應(yīng)用的工業(yè)化，它仍然是一個不錯的選擇。

 

紙-紙基微流控芯片設(shè)備  對于要求超低成本的應(yīng)用而言，紙基微流控是非常好的選擇，這為體外診斷領(lǐng)域提供了一個低成本，便攜化的平臺，使低收入和資源有限的人群可以使用它。另外它還具有生物兼容性好，檢測背景低，后處理簡單的優(yōu)點。但是由于紙的特性造成的樣品利用率低，滲漏風(fēng)險也是不容忽視。

 

那么這種人人推崇的微流控芯片優(yōu)勢在哪里？

 

A 低成本

 

微流體技術(shù)降低分析成本。允許集成在同一芯片上進行大量測試，從而把每個單獨分析的成本降低到可以忽略不計的價格。

 

B 高度并行化

 

由于其集成微通道的能力，芯片技術(shù)允許在同一芯片上同時進行數(shù)十或數(shù)百次分析。這允許醫(yī)生在會診期間針對特定的疾病，快速有效地制定最適合的治療方案。

 

C 易用性和緊湊性

 

芯片允許在小體積內(nèi)集成大量操作。只需要一塊僅有幾厘米的芯片，就可以進行類似于實驗室結(jié)果的檢測。使用芯片進行診斷可以減少預(yù)處理和其他復(fù)雜的人為操作，而且在大多數(shù)情況下，它們可以由護士在現(xiàn)場進行診斷。

 

D 減少人為錯誤

 

由于它大大減少人為操作，使用芯片進行的自動診斷與在實驗室進行的分析過程相比，將大大降低人為錯誤的風(fēng)險。

 

E 更快的響應(yīng)時間

 

在微觀尺寸下，化學(xué)物質(zhì)的擴散、流動和熱量的擴散更快?？梢栽趲装俸撩雰?nèi)改變溫度，也可以在更短的時間內(nèi)使化學(xué)物質(zhì)充分混合。

 

F 低容量樣本

 

由于芯片系統(tǒng)每次分析僅需要少量樣本，因此這項技術(shù)通過減少昂貴化學(xué)品的使用來降低分析成本。另外，它無需從患者那里抽取大量樣本而達到診斷目的。

 

G 實時過程控制和監(jiān)控，提高靈敏度

 

由于在微體積內(nèi)的快速反應(yīng)，人們可以在芯片上實時控制化學(xué)反應(yīng)的環(huán)境，從而獲得更可控的結(jié)果。

 

H 應(yīng)用廣

 

由于微流控芯片儀器價格低，自動化程度高，能耗低，因此也可以在室外環(huán)境中用于空氣和水的監(jiān)測，而無需人工干預(yù)。此外，芯片將降低診斷成本、醫(yī)務(wù)人員培訓(xùn)和基礎(chǔ)設(shè)施成本。因此，芯片技術(shù)使發(fā)展中國家以合理的成本更容易獲得現(xiàn)代醫(yī)學(xué)。

 

在不久的將來，利用微流控芯片的體外診斷產(chǎn)品將具有在短期內(nèi)對患者進行完整診斷的能力，從而改變我們的疾病診療方式。診斷可由非專業(yè)人員完成，從而使醫(yī)生更專注于提供治療方案。實時診斷也將增加急診患者的生存機會。在發(fā)展中國家和非發(fā)達地區(qū)以低成本和簡易環(huán)境下進行診斷，做到疾病的早發(fā)現(xiàn)早治療。

 

雖然微流控芯片近十年來被稱為造福人類的技術(shù)，但是芯片技術(shù)以及對其的產(chǎn)業(yè)化仍然存在壁壘。關(guān)于芯片技術(shù)的研究主要集中在以下三個方面：

 

1、芯片技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化，使其為商業(yè)化做好準(zhǔn)備。這包括制造工藝的調(diào)整、特定表面處理、流量控制系統(tǒng)的設(shè)計等。

 

2、集成在同一芯片上的檢測指標(biāo)的增加以及并行檢測的增加來實現(xiàn)單芯片多目標(biāo)檢測。

 

3、提高芯片的易用性。比如使用智能手機進行膽固醇檢測、貧血診斷、心血管疾病監(jiān)測或酶聯(lián)免疫吸附分析來實現(xiàn)芯片的基本功能。