苏州汶颢微流控技术股份有限公司

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简述微流控芯片技术在生物分析中的应用

自从瑞士的Manz和Widmer于20世纪90年代初首次提出微型全分析系统的概念以来,经历了发展初期的冷落与彷徨,在短短的10余年中已发展为当前世界上最前沿的科技领域之一。微流控芯片是微型全分析系统中最活跃的领域和发展前沿,在某种程度上,微型全分析系统和微流控芯片实质为同一概念。

     微流控芯片在微型化、集成化和便携化方面的巨大潜力,为其在生物医学、环境监测和卫生防疫等众多领域的应用提供了广阔的应用前景。

一、核酵分析

   (1)、核酸的扩增、分离及测序是微流控芯片的主要应用领域。

   (2)、研究人员提出了连续流动式微流控PCR扩增芯片,反应溶液循环流经不同的温区完成PCR扩增反应,整个扩增反应全部在流动中完成,展示了微全分析系统在试样处理方面的潜力。

   (3)、在刻有32个通道的玻璃芯片上,四色测序800bp,仅用时78min。Medintz等,用96通道圆盘式阵列芯片毛细管电泳进行DNA测序,500bp分离测序时间小于30min,总错检率小于1%。人们还利用微流控芯片技术开展了基因表达、基因突变性、基因功能和单核苷酸基因多态性等的研究,取得了丰硕成果。

二、肽和蛋白质分析

   (1)、目前蛋白组分析主要是将蛋白质大分子降解为肽,再通过分析肽谱以及进行肽链的测序加以实现。

   (2)、利用等电聚焦毛细管电泳芯片技术,以Cy5标记肽,对细胞色素c、核糖核酸酶A和肌红蛋白等9种蛋白质混合物进行分离检测,5min即完成了整个分析过程。

   (3)、研究了微流控芯片蛋白质二维电泳分离测定,以激光诱导荧光检测器检测,13min内可对酪蛋白的胰蛋白酶降解产物进行分离检测。

三、氨基酸分析

   (1)、微流控芯片技术在氨基酸分析中的应用较为广泛

   (2)、设计了一种循环柱切换的微流控芯片,微通道表面用线聚丙烯酰胺衍生化,以nTc标记氨基酸,取得了良好的分离测定效果。

   (3)、在硼硅玻璃电泳芯片上,以一环糊精作手性添加剂,对氨基酸样品进行了手性拆分分析。

   (4)、对进样储液池加以改进,制成连续换样流通式储液进行装置,实现了微流控芯片对氨基酸的高通量分析。

四、细胞分析

   (1)、微控芯片通道宽度一般为10~50μm,和生物细胞大小相当,生物细胞在微通道内非常容易操纵、观察和检测,因此,以微流控芯片进行单细胞研究具有独特的优越性。

   (2)、在玻璃芯片通道中,用介电泳力和重力场流分级分离细胞,垂直方向受到向下重力和向上介电泳力的作用而得到分离。

   (3)、以化学消解法在线消解大肠杆菌细胞膜,胞内成分半乳糖苷酶释放出来,以荧光法检测之。

   (4)、通过竞争反应对单个胰岛释放出的胰岛素进行了免疫分析。

五、药物分析与筛选

   (1)、药物的分析与筛选是微流控芯片另一个可发挥重要作用的领域。

   (2)、利用免疫法测定了血清中治疗哮喘药物茶碱,他们将含有未标记的药物和已知数量的荧光标记的药物及药物抗体混合,分离检测药物及药物与抗体的复合物,分离分析时间仅40s。

   (3)、利用微流控芯片技术微型、集成化的特点,把一些反应器及通道微型化、阵列化,同时实现了样品前处理和分离,研制了一种动态的高通量药物筛选平台,在很短的时间内完成成千上万个药物和生物靶标的作用鉴定,建立了一种基于分子水平的更适于药物筛选的技术体系。

六、免疫分析

   (1)、免疫分析是一种判断和测定溶液中蛋白质存在与否及浓度大小的特异性方法,因其具有高度的选择性,该法已成为目前临床诊断、生物医学等的重要工具。

   (2)、采用微流控芯片法进行免疫分析,他们在微通道中集成微免疫反应器,免疫产物以电泳分离、荧光检测,分别测定了卵白蛋白及抗雌二醇的含量。

   (3)、在微通道中构筑了一道围堰,用来挡住结合抗体的聚苯乙烯微珠,血清中癌胚抗原和抗体结合,再以标记了胶状金的免疫球蛋白结合,热透镜检测,和ELISA法对比,分析时间从45h减少到35min。

七、酶分析

   (1)、分析具有特异性高、反应条件温和及反应速度快等优点,也是目前临床诊断和生物医学等的重要工具。

   (2)、在多分支的微流控芯片上,用乙酰胆碱酯酶测定乙酰胆碱酯酶抑制剂的含量。乙酰胆碱酯酶催化乙酰胆碱水解生成胆碱,胆碱与荧光衍生剂结合产生荧光,激光诱导荧光检测器检测。分析时间为70s。

   (3)、在微流控芯片上刻蚀了容积为6.5m的反应器,填人固化乳酸氧化酶的多孔玻珠,形成酶反应器,测定了血清样品中的乳酸酶。微流控芯片法分析酶,将有力地推动临床诊断和酶的基础研究。

八、单分子检测

   (1)、在玻璃微流控芯片上,利用聚焦分子流,以单分子荧光激发计数作为检测手段,实现了ds-DNA片断的单分子分离检测,为微流控芯片在单分子检测中的应用开辟了先河。

   (2)、单分子检测方面的研究目前虽然较少,但可以相信,随着微流控芯片技术的日臻完善,该领域将会受到越来越多的关注。

    近几年,微流控芯片在生物分析各个领域都取得了令人瞩目的成果。目前微流控芯片正处于一个快速发展,逐步达到深度产业化的时期,有专家预测,以微流控芯片为核心的微分析系统将取代当前化学分析实验室的很多设备。