微流控細(xì)胞芯片的微型化與集成化

        微流控芯片的最顯著特征之一在于微型化,其主要體現(xiàn)在微流控芯片和微米級(jí)管道的空間尺度,以及其對(duì)研究對(duì)象的處理與測(cè)水平。首先,微流控芯片尺寸較小。目前使用的芯片大小為數(shù)cm。其次,在微流控芯片內(nèi)進(jìn)行的樣品處理量都在mL, nL,甚pL級(jí)。微流控芯片內(nèi)開展的微量實(shí)驗(yàn)操作在物質(zhì)消耗方面顯示出了很大的優(yōu)勢(shì),尤其是在處理某些珍貴的樣品和試劑的過程中。第三,微流控芯片具有低能量消耗的特點(diǎn),這主要是基于其可微量操作性。此外,微流控芯片對(duì)物質(zhì)研究,采取微區(qū)域界面處理模式,極大提高了對(duì)研究對(duì)象的可控制性,特別是針對(duì)細(xì)胞的操作。

       隨著微機(jī)電加工技術(shù)(Microelectromechanicalsystems,MEMS)的發(fā)展,微流控芯片進(jìn)入了一個(gè)迅速發(fā)展的時(shí)期,各種基于微流控芯片的操作技術(shù)單元不斷涌現(xiàn)。與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室操作相比,盡管這種微型化操作顯示出許多突出的優(yōu)勢(shì)(如便攜、廉價(jià)、操作簡(jiǎn)單、樣品消耗低等),然而單一芯片操作單元并不能滿足常規(guī)研究操作系列化的需求。

       作為微流控芯片的主要特征,各種技術(shù)單元的功能組合與集成,有利于開展各種高通量和系列化操作與實(shí)驗(yàn)研究。近年來,隨著各種單元操作技術(shù)的日臻成熟,大規(guī)模集成化已成為微流控芯片技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)之一。以此為技術(shù)支撐,研究人員已構(gòu)建出了許多前沿性的芯片分析平臺(tái)。在細(xì)胞生物學(xué)研究領(lǐng)域,微流控芯片技術(shù)的滲透,極大地提高了細(xì)胞操控與分析能力的連續(xù)性。例如，之前研究員建立了一種多功能、自動(dòng)化細(xì)胞培養(yǎng)集成微流控系統(tǒng)。該系統(tǒng)提供了96個(gè)獨(dú)立的細(xì)胞培養(yǎng)單元,能夠分別控制細(xì)胞培養(yǎng)條件,包括細(xì)胞接種密度、培養(yǎng)液組成成分和營(yíng)養(yǎng)供給時(shí)間,以及細(xì)胞影像操作。還有研究員構(gòu)建了一種開展單細(xì)胞全基因分子單體型分析的集成微流控芯片系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了單細(xì)胞定位、蛋白酶解與染色體釋放、單個(gè)染色體的分離、分配與擴(kuò)增等一系列操作功能的集成。以上研究進(jìn)展表明了芯片系統(tǒng)對(duì)活細(xì)胞時(shí)空控制培養(yǎng)與分析的可行性。因此,集成微流控芯片技術(shù)以更加優(yōu)秀的時(shí)間與空間控制、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與操作能力,在諸多研究領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

 

                      

                                    圖為：集成微流控芯片用于單細(xì)胞中期染色體擴(kuò)增

標(biāo)簽:  微流控細(xì)胞芯片 微型化 集成化 細(xì)胞芯片