微全分析系統(?TAS)或者“芯片實驗室”（Lab-on-a-Chip）已經越來越受到人們的關注。微流控芯片實驗室是在微機械、微電子、生物工程以及納米技術基礎上發(fā)展起來的一門全新的交叉學科，涉及到物理、化學、生物等多個基礎學科領域。它以微流控技術為基礎，制備出小尺度（從微米到納米）的通道、腔、閥、泵等流體器件，并利用各種物理手段，研究小尺度上流體的特異性質，發(fā)展小尺度控制流體運動和物理化學變化。目前，這門學科已經成為國際上的一個研究熱點，其專業(yè)期刊《Lab on a Chip》自2001年創(chuàng)刊以來已經成為這個領域最具代表性的權威雜志，相關的專業(yè)國際會議μTAS每年召開，微流的研究正在不斷地擴展到其他相關領域。

1.基于微流芯片的CTCs循環(huán)腫瘤細胞檢測捕捉與研究

開發(fā)基于微流芯片的CTCs循環(huán)腫瘤細胞高效捕捉與鑒別。結合先進的機械、電子、微流控芯片技術和納米生物技術相結合，實現循環(huán)腫瘤細胞的高效捕獲和鑒別，進行高效的全血的循環(huán)腫瘤癌細胞的檢測。并以此發(fā)展一套切實高效可行的循環(huán)腫瘤細胞檢測方式。有效地將其應用于體外早期診斷，化療藥物的快速評估，個體化治療包括臨川篩藥、耐藥性的檢測，腫瘤復發(fā)的監(jiān)測以及腫瘤新藥物的開發(fā)等。

循環(huán)腫瘤細胞（circulating tumour cell），通常把進入人體外周血的腫瘤細胞稱為循環(huán)腫瘤細胞。腫瘤細胞的一個特征是細胞間的黏附力非常弱，因此腫瘤細胞就有可能從瘤體脫落，如果脫落的部分進入了血液循環(huán)，即可成為循環(huán)腫瘤細胞。此類細胞可以隨著血液循環(huán)到遠處種植形成轉移，也可以與凝血系統作用形成血栓，也有研究說此類細胞可以刺激人體免疫系統可能對腫瘤的治療有研究意義。普通腫瘤細胞附著在腫瘤體上面，但是剝落的循環(huán)腫瘤細胞可以游走到身體各個部位，可以造成轉移和其他問題。

2.新型數字化閥控微流平臺及其應用在藥物開發(fā)和抗藥篩選方面的研究

通過在現有微流控芯片基礎上集成多功能微閥、光學探測、電學分析等功能模塊，并利用計算機進行無人職守自動化控制，開發(fā)出一套可以用于現代生物醫(yī)藥開發(fā)研究的集樣品精密進樣、化學反應合成、生物藥物篩選、細胞培養(yǎng)和在線藥物效果分析于一體的數字化閥控生物醫(yī)藥開發(fā)微流平臺。鑒于微流芯片超微量樣品合成處理能力的特征，整個項目將會圍繞微流控芯片在微量樣品的進樣、體積和成份可控的納升級液滴型微反應液滴（形成微反應腔）的生成，納升級樣品的預處理、納升級生化樣品的合成、納升級生化樣品的分離、純化及分析篩選等功能上的模塊開發(fā)以及實現納升級液滴在微流控芯片各個不同功能單元間進行傳輸為目標展開。進一步完善生物藥物開發(fā)研究所需要的化學合成、藥物篩選、細胞培養(yǎng)等基礎模塊，制定標準接口，配合前面微量樣品處理、傳輸模塊，爭取實現實現基于此超微量功能模塊化芯片平臺的高通量生物醫(yī)藥開發(fā)、合成與篩選、病毒抗藥性、個體化跟蹤給藥等開發(fā)研究工作。借此開啟超微量功能模塊化芯片研究的新思路，為目前的數控模塊化芯片開發(fā)提供新方法。

3.基于微膠囊包被的單細胞分選與培養(yǎng)

傳統的細胞研究，主要基于細胞群體行為的，對一定數目的細胞進行染色或者基因表達分析，然而隨著生物學研究的進一步深入，對于單細胞的研究日益正在成為研究的熱點，本項目主要依靠微流控芯片這一新的技術平臺，在微米尺度對單細胞進行操控，將單個細胞包被進生物微膠囊中，從而為單個細胞的分選與培養(yǎng)創(chuàng)造條件。

通過單細胞的微膠囊包被，可以將單顆癌細胞進行培養(yǎng)，得到純的癌細胞株，從而為癌癥病人的個性化給藥，癌癥的治療與診斷創(chuàng)造條件；通過單細胞的微膠囊包被，在細胞層面實現操控，可以利用微膠囊的微環(huán)境，對細胞進行不同組分藥物的篩選；通過單細胞的微膠囊包被，利用微膠囊內部的凝膠網絡，可以進行細胞的三維培養(yǎng)，克服了傳統平面培養(yǎng)細胞的缺點，為更真實模擬人體環(huán)境，進行細胞試驗提供良好的實驗平臺。

4.基于超聲駐波的細胞分選與捕獲

微流控芯片中，利用聲波對細胞進行操控，分選與捕獲。與流式細胞術儀等傳統分選手段相比，聲學的分選，主要是利用細胞的物理性質（如大小，比重，密度等），不需要對細胞進行熒光染色，不需要對細胞進行磁性顆粒修飾，不需要對細胞進行表面修飾。而聲學駐波分選則主要是利用壓電陶瓷片，在硬質芯片（如硅基芯片，玻璃芯片）中形成駐波，利用駐波波腹，波節(jié)特性受力的不同，對細胞進行分選。當芯片設計合理時，可以使駐波的力足夠大，從而捕獲細胞，可以對細胞進行在線的培養(yǎng)，當培養(yǎng)結束時，撤去聲學激勵源，就可以實現細胞的釋放，與傳統光鉗相比，聲學駐波的捕獲具有穩(wěn)定好，芯片制作及操控簡單，通量高等特點。通過聲學駐波的無接觸，無損捕獲細胞，可以進行血液中血細胞的篩選，可以對細胞尺寸進行分選，可以捕獲目標細胞，進行在線的培養(yǎng)。

5.在線芯片生物大分子熒光毛細管電泳與PCR檢測聯用

主要將在線毛細管電泳和PCR實現分離連用。毛細管電泳（capillary electrophoresis，CE）又稱高效毛細管電泳（high performance capillary electrophoresis，HPCE），是一類以毛細管為分離通道、以高壓直流電場為驅動力的新型液相分離技術。毛細管電泳實際上包含電泳、色譜及其交叉內容，它使分析化學得以從微升水平進入納升水平，并使單細胞分析，乃至單分子分析成為可能。而PCR作為一項基本的基本技術手段，已經在生物學中廣泛應用。目前的毛細管電泳主要是玻璃芯片，存在通量低，成本高等特點，而PCR平臺也存在體積較大，微量樣品操作不方便的等特點。在微流控芯片中，通過在微米尺度的通道兩端施加電壓，可以與熒光發(fā)光檢測系統結合，實時在線的檢測生物樣品，在獲取生物樣品后，通過芯片PCR，可以連續(xù)性的，高效的進行產物的擴增檢測。

本文節(jié)選自武漢大學物理科學與技術學院-趙興中教授課題組（轉載僅為傳遞有用信息，版權歸原作者所有，如侵犯權益，請聯系刪除）