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液滴微流控在生化分析中的应用

液滴微流控体系具有一系列独特的优点:体积小,降低了样品和试剂的用量;表面积大,热传递较快;液滴内的再循环有利于快速混合;液滴之间相互独立。没有扩散和交叉污染;潜在的高通量分析能力等。随着液滴的分裂、融合、混合、分选等操控技术日趋丰富与成熟,液滴微流控技术正逐渐成为化学分析和生物化学分析中一种具有良好应用前景的工具。

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 一、多维分离

多维分离相对于传统的一维分离的主要优势是显著提高的分辨率,因而更适合于复杂体系的分离技术据报道使用液滴作为新型的接口技术,在维与维之间传输样品,对多肽混合物进行二维分离。通过两张微流控芯片实现样品从连续流到非连续流,再回到连续流的转移,耦合了毛细管液相色谱和毛细管电泳两种分离模式,最终得到了二维分离色谱——电泳图。据报道基于液滴接口的液相色谱-毛细管电泳二维耦联用于蛋白质降解混合物的分离的研究,最终获得了3000以上的峰容量。

二、质谱检测

微流控系统中制备的液滴体积通常在纳升至皮升的范围,对如此微小体积的液滴的内涵物进行分析需要高灵敏度的检测器。质谱检测不仅灵敏度高、检出限低,而且能给出分子的结构信息,可以进行定性鉴定。因此,质谱是液滴内涵物分析的首选检测器。需要注意的是质谱对于进样量的承载能力是有限的,将样品封装入多个微液滴再进行质谱检测可以有效地减少质谱的工作负担。

三、液滴的聚合酶链反应

聚合酶链反应(PCR)技术在生物和医学领域应用广泛,它是脱氧核糖核酸分析中最为重要和有效的手段。PCR技术与液滴微流控结合的液滴PCR技术显著地降低了样品和试剂的消耗量,并能大幅度地缩短扩增反应时间。液滴PCR技术以其高效性、可靠性以及良好的重现性已经得到了广泛的应用。

四、蛋白质结晶和酶反应动力学研究

     蛋白质结晶对于确定其三级结构、研究其生理功能和药物开发都具有重要的意义。在蛋白质结晶的过程中,对试剂(沉淀剂、缓冲剂、添加剂)浓度的优化往往费时费力。此外,在研究一些样品量少的珍稀样品的时候,还需要控制样品的消耗。使用液滴微流控系统可以快速、低耗、可控地完成蛋白质的结晶过程。

     酶反应动力学是生物学研究的重要领域之一。液滴微流控系统允许同时加入多种反应物并进行快速混合,可以实现酶反应动力学的快速检测。

     五、单细胞检测

由于液滴可以提供可控的微环境,因而可以将单个细胞甚至是单个微生物体封装入液滴内进行分析和检测。液滴内的细胞独立存在不受外界条件的干扰,无需复杂的处理过程即可实现快速的单细胞检测。基于液滴技术的单细胞分析最为重要的是要精确地控制封装入单个液滴内的细胞数目。

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      液滴作为一种全新的、极具发展前景的微流控技术已经引入了人们的广泛关注,相关的研究已取得了一系列令人瞩目的进展,目前该领域仍处于高速发展的阶段。



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