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当前微流控研究应用的这些热点,你get到了么

来源:微流控 2018-07-24 11:17



随着医疗行业逐渐向个性化医疗发展,临床检测诊断技术也在不断升级以适应市场需求。由于具有创新的解决方案和相对优势的应用成本,微流控吸引了越来越多的关注,其潜在的市场价值已经得到投资者的认可。
微流控芯片技术是生物芯片的基石,它通过多学科交叉将化学、生物学、医学等领域所涉及的样品预处理、生化反应、分选及检测等过程集成到几平方厘米的芯片上,从而实现从样品前处理到后续分析的微型化、自动化、集成化和便携化的技术,具有样品消耗少、检测速度快、操作简便、多功能集成、体小和便于携带等优点。
目前,微流控技术已经在很多领域展现出了巨大应用前景,一起来看一下!

单细胞检测分析 
单细胞分析对重大疾病的早期诊断、治疗、 药物筛选及细胞生理、病理过程的研究有重要意义。传统的细胞学研究依赖于大量细胞(103~104 个), 将群体值作为反应结果,但相同状态下的细胞在表型和基因型方面也存在异质性。通过细胞群体分析获得的统计平均结果, 掩盖了单个细胞之间的差异。
而微流控芯片具有高通量、低消耗、微型化、集成化和大规模平行处理等特点,可以通过重力、磁力、流体力等实现对单细胞的捕获,准确地操作分析微量样品,从而为单细胞的研究提供平台。
中国在这一领域的发展可圈可点。几个月前,清华大学的林金明教授团队报道了一种基于微流控芯片技术的“单细胞提取器”,可对任意贴壁生长单细胞进行原位、无损地提取。通过包含两个平行微通道的探针式微流控芯片设计,实现了开放环境下微区域流体的控制。这种方法不仅成功揭示了细胞粘附强度和细胞活性之间的关联,且为单细胞电泳、单细胞质谱、单细胞基因检测等提供了新的样品提取方法。

即时检验和临床诊断
即时检验技术对于一些恶化迅速的疾病而言非常重要。微流控检测芯片因其固有的快速、灵敏特点和取代常规生化实验室的潜力。在即时诊断POCT)领域,微流控技术在包括临床分析(血气分析、葡萄糖/乳酸分析等)、DNA分析(包括核酸序列分析)、蛋白质组学分析(蛋白质和肽)、综合分析、免疫测定、毒性检测和法医鉴定等一系列生化分析领域具有广阔的应用前景
目前,已有多家公司推出了微流控 POCT 产品,包括血糖仪、血液分析仪等,可支持血液中血气、电解质、生化、血凝、心肌标志物等物质的快速检测。更多基于微流控技术的即时检验设备正在商业化的途中。

小型化、便携式微流控系统
对于化学检测分析领域,很多人的概念还停留在实验室里一台台大型仪器的印象。但随着床边检测概念的兴起,便携式检测分析设备的需求正在不断扩大。微流控技术也在其中发挥着重要的作用。举个例子,微流控PCR仪可实现对基因样品的荧光定量检测。通过将PCR芯片、温控单元、荧光信号采集单元等组件结合到一起,能够将检测设备缩小到可以不必禁锢在专门的实验室中,可以带至各处使用。

微流控与药物活性、毒性研究
新药研发通常包括药物和活性成分的发现、筛选,药物作用靶点、药物代谢以及药物毒性的研究等内容。对大量候选药物进行快速、高通量、低成本、低消耗的研究是当前药物活性成分发现和筛选的目标及需求。而这又是微流控技术可以大展身手的一个领域。
目前的技术已经能够将微流控芯片与质谱联用,可整合细胞培养、代谢物产生、样品预处理和检测等多个单元,从而进行药物代谢的研究。集成化的微流控芯片也可同时进行高通量的细胞毒性筛选和ESI-Q-TOF质谱对代谢物的在线监测。相信在未来,进一步的整合能够大大加速药物的研发进度,造福广大患者。

器官集成芯片与器官仿生
生物组织、器官的体外模型是揭示人类生理和病理的不可缺少的工具。而基于微流控芯片的器官模型通过特定方式将细胞培养或组装到微流控芯片中,根据生物体中的器官结构在体外对其进行重建,用以研究特定环境下器官的生理机能和构建体外的特异性疾病模型。这种技术对于药物毒性和药效的预测比常规体外模型更有潜力,它能够提供对于组织乃至器官水平的作用机制的深入了解,能应用于药物的吸收、分布、代谢和排泄的预测以及药物毒性的研究。
现在已有技术能够模拟肝、肠、肺等多种器官。举个例子,在基于仿生微流控芯片的肠肝系统模型中,研究人员利用微流控芯片模拟出了环磷酰胺药物经过肠吸收-肝代谢再到达肿瘤病灶的过程,结果表明环磷酰胺经过肠吸收后被肝代谢产生了对Hela细胞有明显抑制作用的醛磷酰胺。而此前哈佛大学也有研究人员采用由肺细胞、渗透膜以及毛细血管制成的“芯片肺”再现了临床中癌症患者使用白介素-2导致肺水肿的药物毒性,并发现了用血管紧张素-1及一种新的香草酸受体4的例子通道抑制剂验证芯片的功能,发现其能抑制白介素-2的药物毒性,减少血管外渗。像 “芯片肺”,“芯片肾”乃至“微脑”这样的微流控技术如今都已经不再是天方夜谭,微流控技术在模拟器官功能和器官之间的关系这一方面正在成为中坚力量。

其实,微流控技术的应用还不止于此,想要了解更多内容,那就不要错过8月17-18日在上海召开的2018(第二届)微流控技术前沿研讨会。更精彩的内容等你现场来挖掘!

参考文献:
[1] Sifeng Mao, Jin-Ming Lin et al, In Situ Scatheless Cell Detachment Reveals Correlation between Adhesion Strength and Viability at Single-Cell Resolution, Angew. Chem. Int. Ed,2018,57,236-240
[2] 李晓琼,杨春华等,面向POCT应用的微流控芯片技术综述,《世界复合医学》 , 2015 (1) :30-37
[3] 温维佳,高一博等,便携式微流控PCR仪及基因样品荧光定量检测方法,中国,CN 106929408 A,2017.07
[4] 白雪,基于仿生微流控芯片的肠肝系统模型构建[D],大连理工大学,2016





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