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微流控芯片检测系统发展概况

 微流控芯片技术是以MEMS(微机电系统)技术为依托的一门新技术。它将微沟道、微储液池、微反应器等微结构集成在一块很小的芯片上,以可控流体贯穿系统,进行试样的分离、检测等,实现常规化学或生物实验室的功能,又称为芯片实验室。它具有高效、快速的特点,试样损耗量极小,易于实现自动化、顺应了分析仪器微型化、集成化、便携化的方向。2006年7月,Nature杂志专门推出芯片实验室专辑,称其可能成为“这一世纪的技术”。目前其应用已涉及生物医学、卫生检疫、司法鉴定、化学定量分析等众多领域,显示出了发展的巨大活力。

 

 对试样进行检测分析是微流控芯片最重要的功能之一,因此检测系统成为微流控芯片系统设计的关键,影响整个系统的检出限、检测速度、使用范围以及样品等指标,一直是研究热门。其中紫外-可见吸收光度检测对占物质总量80%的物质都有吸收响应,适用范围广泛。其他方法相比,紫外-可见吸收光度检测不需要添加额外试剂,可以直接进行测量,可信度高,操作简单;同时他还是一种非破坏性检测,能与其他检测器,如质谱仪联用。目前的微流控芯片紫外检测系统灵敏度相对较低,还存在体积较大,造价较高等缺点,不利于推广应用。因此,有必要研制一套体积小,灵敏度高,便携性好,成本低,易于使用的检测系统。

 

 微流控芯片检测系统大致包括荧光检测,吸收光度检测,电化学检测,质谱检测等几类。荧光检测多采用激光诱导荧光法,具有极高的灵敏度,对某些荧光效率高的物质甚至可达到单分子检测,但检测系统体积庞大,且受激发光源波长及荧光试剂的限制。荧光标记可能造成分析物质化学活性改变,影响结果可信度。吸收光度检测具有可测定物质种类多,无需标记,仪器结构较简单等优点,但由于沟道检测体积小、吸收光程短等,导致系统灵敏度相对较低。化学发光检测器通过检测特殊化学反应中发光的强度来检测被测物质,不需要光源,设备较为简单,但要求检测池有特殊设计,能使发光试剂与待检测物质充分混合、反应、且反应不应有气体产生。电化学检测通过电极将溶液中待测物的化学信号转变成电信号以实现对待测组分的检测,体积小,结构简单,成本低,不足是在外加分离电压的情况下,管道中的电流会对检测电极产生干扰,且检测重复性不好。质谱检测器是现代生化分析的重要检测技术,检测限高,可达10-12mol/L左右,峰型号,便于信号重组,但检测器体积过于庞大,价格昂贵。

微流控芯片 

 由于微流控芯片检测系统的不断进步,其在细胞研究、蛋白质研究、离子和小分子研究、核酸研究等领域已经有了众多应用报道。经过短短十几年的发展,微流控芯片已经逐步开始走向市场。美国Agilent公司推出了首台微流控芯片商品化仪器-Agilent 2100 Bioanalyzer,使用玻璃芯片进行电泳分离、激光诱导荧光(LIF)检测,可完成包括不同碱基对长度范围的DNA、RNA片段及蛋白质等的分析。我国生产了CL4010微流控芯片分析仪,使用PDMS芯片进行电泳分离、紫外光吸收光度检测,Ma等对其检测效果进行了报道。



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手持式PDMS打孔器