微流控芯片全解析:有望成为分析领域“杀手级”的产品

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微流控芯片就是将生物和化学领域所涉及的基本操作单位集成在一块几平方厘米的芯片上，由各种储液池和相互连接的微通道网络组成，很大程度缩短样本处理时间，并通过精密控制液体流动，实现试剂耗材的最大利用效率，把整个化验室的功能，包括采样、稀释、加试剂、反应、分离、检测等集成在微芯片上,且可以多次使用。

以分子诊断为例，微流控系统包括芯片控制仪、一次性试剂盒和芯片，可实现全部的分子诊断实验室功能，节省实验室空间、降低了分子诊断的应用门槛，全自动、全封闭、完善的质控体系多重检测，精确分型。

微流控芯片顺应分析仪器的发展趋势（微型化/集成化与便携化），属于微全分析系统（μTAS），既“微”且“全”。

自 1990 年提出 μTAS 概念以来，目前已是世界上最前沿科技领域之一，更通俗的一个名称为“芯片实验室”，其中微流控芯片是 μTAS 中最活跃的领域，主要依托于MEMS（微机电系统）技术，更多服务于生命科学。

微流控芯片下又分为多个分支，包括毛细管电泳芯片、细胞计数芯片等

微流控芯片在多领域表现出应用前景。微流控芯片在生物医学研究、药物合成筛选、环境监测与保护、卫生检疫、司法鉴定、生物试剂的检测等众多领域的应用提供了极为广阔的前景，本文着重介绍其在 IVD 领域的应用。

由繁入简+高性价比，看好微流控芯片在分子诊断中的替代优势 对比计算机的发展路径，第一代的计算机庞大、计算缓慢，而如今已演变成由一个个微小的电路集成芯片组成的便携系统，甚至是一部微型的智能手机，而微流控芯片将多个反应室/多种单元技术集成在一块可控的微小芯片上，与计算机的发展有异曲同工之处，因此我们认为更加集成小型化的微流控芯片有望成为分析领域“杀手级”的应用。

IVD 领域，微流控芯片技术显示了强大的核酸研究及蛋白质分析功能。微流控芯片可将核酸提取、聚合酶链反应（PCR）扩增、分子杂交、电泳分离和检测单一或集成地转移到微流控芯片上完成，而随着微流控芯片技术的快速发展，其作为蛋白质研究平台的优越性日益明显。有关蛋白质分析的各种单元技术，包括样品预处理、分离和检测等都已经在微流控芯片上实现。

生化、免疫已经进入全自动、成本快速下降的阶段，同比之下，分子诊断仍然处于大众化产品自动化程度低、高端自动化产品价格昂贵的阶段。

从替代成本角度来说，虽然微流控芯片可以提高蛋白分析的灵敏度和检测时间，但是替代动力相对分子诊断较低，因此我们更看好其在分子诊断中的替代。

高效率优胜 PCR 扩增。微流控芯片样品体积只需几微升，加热器直接集成在芯片上，与传统的 PCR 相比，在相同扩增效率下，芯片的热循环效率快 2-10 倍。

同时连续流动式 PCR、热对流驱动 PCR等技术的使用，使得扩增过程加快，现有的微流控芯片能够将诊断检测过程缩短至最低 10-15 分钟。

多管道实现高通量检测，微流控芯片中具有很多微管道，可对不同的反应室进行隔离。微流控芯片中不同反应互不干扰，从而具有多重检测的功能，可同时检测多个样本，或同一样本的不同指标。

由此，通过在微流控芯片中设置多个反应室，最多可同时进行数十个检测，实现高通量检测。

值得注意的是，微流控芯片和目前主流的生物芯片（微阵列芯片）具有本质上的区别，在微流控成本下降前，我们认为两者仍将在各自的优势领域共存。

微全分析系统根据结构和工作机理可以分为微流控芯片和微阵列芯片，它们都依托于微电加工技术，目前也都服务于生命科学，但前者以微通道网络为结构特征，在较为复杂繁琐的反应中具有显著优势，后者则以微探针为结构特征，在检测少量位点时具有一定成本和时间优势。

微流控技术是技术壁垒高，商业化程度低的高科技行业，技术领先，率先商业化的企业有望受益于行业的快速崛起。

芯片的加工方式、键合技术、流体控制、表面修饰等技术壁垒制约了其产业化，诊断领域的应用至今不到 20 年，与此同时，我们发现微流控技术的相关文献在 2008-2012 年呈现明显的上升趋势，这一阶段正好是诊断产品投入加大时期，也是研究热度最高的时期；

2012 年至今，文献数量逐渐下降，对应产业化进程来看，微流控技术已经涉及到个性化医疗阶段，这意味着基础研究基本告一段落，微流控芯片技术逐渐成熟，即将进入产品的收获期。

本文转自：360个人图书馆

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