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微流控芯片技术与应用领域分析

【摘要】:目前,微流控芯片技术的应用领域十分广泛,包括疾病诊断、航空航天、运动竞技、石油化工、司法鉴定、环境检测、食品安全、药物筛选等。微流控芯片实验具有样本需求少、实验设备轻便的优点,因而在此领域备受重视。微流控芯片在生物样品检测方面具有样品需求少、处理通量高、反应速度快等优点,这使其在兴奋剂检测中可发挥重要作用。

微流控芯片又称芯片实验室(lab on a chip)或微全分析系统(Miniaturized Total Analytical System或Micro Total Analysis Systems,μTAS),它是通过在微米级尺度的通道及腔道(可到毫米级)中控制流动来完成封闭式化学实验的装置。微流控芯片技术涉及化学、流体力学、生物学、医学、电子新材料等学科和领域的知识,是一种典型的新兴交叉前沿技术。

目前,微流控芯片技术的应用领域十分广泛,包括疾病诊断、航空航天运动竞技、石油化工司法鉴定环境检测、食品安全、药物筛选等。

1)疾病诊断

微流控芯片技术在疾病诊断领域有着十分重要的应用,其代表性应用包括肿瘤标志物检测、传染病病原体(或病毒)检测、甲状腺疾病中的激素水平检测、细胞学诊断与体外药物细胞筛选代谢检测等。

2)航空航天

在航空航天领域,微流控芯片技术的一个典型应用是空间生物学实验,其主要研究微重力(失重)及空间辐射对生物学实验的影响,如基因扩增实验、细胞生长实验等。北京理工大学在2011年通过搭载“神州八号”飞船开展了空间基因PCR芯片实验,重点研究了微重力下的基因扩增特性。微流控芯片实验具有样本需求少、实验设备轻便的优点,因而在此领域备受重视。

3)运动竞技

兴奋剂问题涉及运动竞技的公平公正,怎样快速、方便地检测运动员是否服用兴奋剂是一个重要的实际需求。微流控芯片在生物样品检测方面具有样品需求少、处理通量高、反应速度快等优点,这使其在兴奋剂检测中可发挥重要作用。

4)石油化工

在石油化工领域,一个典型应用是通过设计微流控芯片来模拟岩芯的多孔介质结构,从而优化粗油的提炼方法,以提高收油率。(www.chuimin.cn)

5)司法鉴定

在司法鉴定领域,一个典型应用是采用微流控芯片技术进行人体DNA检测,用于获得犯罪嫌疑人的在场证据。

6)环境检测

在环境检测领域,微流控芯片技术的主要应用包括水体微生物检测、污染物检测、重金属成分检测等。

7)食品安全

在食品安全领域,微流控芯片技术的应用有食品成分检测、饮料成分检测等。

8)药物筛选

在药物筛选领域,微流控芯片技术的应用主要有药理筛选、毒理筛选。依据尺度不同,药理筛选、毒理筛选分为分子水平级、细胞级、组织级、模式生物级共四类应用。

微流控芯片技术的商业化可以追溯到1999年,美国的惠普公司与Caliper公司联合研制的首台微流控芯片商业化仪器开始在欧美市场销售,用于核酸分析和DNA测序。后来,微流控芯片的外围设备(包括微泵等其他电子控制设备)得到快速发展,一些功能更加完备的商业设备进入市场,如单细胞分析仪、核酸分析仪等。