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微流控芯片技术在生命科学研究中的应用

分析技术的进步极大地推动了生命科学的发展,同时也提出了许多新的问题。随着多种生物基因组测序的完成,特别是人类基因组计划(HGP)的完成将我们带入了后基因组时代,分子生物学已经进入蛋白质组学的研究阶段。仅仅从DNA水平上测定基因组序列只是示生命奥秘的第一步,更重要的是去发现、鉴定和测量每个基因所编码的蛋白质,研究其翻译后修饰(PTMs),测定其生活周期,并对其进行定位,确定其结合伴侣和三维结构,最终确定其生物学功能。由于生物体内的基因数量相当庞大,并且有的基因可以编码多种蛋白质,因此后基因组学的研究是一项十分繁杂和巨大的工程,必须借助先进的分析技术和高精度仪器。蛋白质组学最基本的研究任务是从生物样品中分离和鉴定蛋白质,目前常用的方法是通过双向凝胶电泳(2-DGE)分离生物样品中的特定蛋白质,然后通过荧光扫描技术或质谱(MS)技术进行分析,从而得到蛋白质的定性及定量数据。对于DNA、蛋白质等生物大分子及细胞的鉴定而言,高通量、高灵敏度和高精度是三个技术关键指标。但是双向凝胶电泳等现有技术过于繁琐、样品消耗量大、不稳定和灵敏度不高等缺点,这已经成为生命科学飞速发展道路上的一大瓶颈。

生物芯片技术的出现给生命科学的研究带来新思路。微型化、集成化、高通量化的抗体芯片就蛋白组学研究中一个非常好的工具,它也是蛋白芯片中在技术上比较成熟的,有些抗体芯片已经在向临床应用发展。微流控芯片是20 世纪90 年代在分析化学领域发展起来的,它以微管道网络为结构特征,以生命科学为主要应用对象,并开始在分析化学、生命科学及生物医学器件等领域发挥愈来愈重要的作用,是当前生命科学、化学、微机械和微电子学领域的研究热点。

大多数微流控系统是在直径约为10cm 玻璃或硅基片上,采用光刻化学腐蚀方法,刻蚀出截面近似梯形的微通道和储液池;在微通道和储液池的适当位置用气相沉积方法制作出金电极和引线,用粘贴或静电键合的方法把一块玻璃片封接到硅片上闭合微通道;在玻璃片上对应储液池的位置钻出通孔,以填加试剂和样品。这种微型化、集成化的微流控电泳芯片具有高效、快速、试样用量少、节约药品等优点,并在氨基酸和蛋白质的分离、免疫分析、DNA 分析和测序、生物细胞研究等方面显示出巨大的潜力。这必将对疾病诊断和治疗、新药开发、食品卫生等诸多领域产生革命性的影响。



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手持式PDMS打孔器