微流控芯片實驗室是一種以在微米尺度的空間中對流體進行操控為主要特征的技術(shù)，具有將生物和化學實驗室的基本功能微縮到一個幾平方厘米大小的芯片上的能力，微流控芯片實驗室的基本特征和最大優(yōu)勢是多種單元技術(shù)在微小可控平臺上的靈活組合和規(guī)模集成，可能會對人類未來的生活方式和生存質(zhì)量產(chǎn)生影響，這種影響甚至可能是革命性的。

根據(jù)研究領(lǐng)域的不同，微流控芯片實驗室可簡單劃分為微流控芯片化學實驗室、微流控芯片生物實驗室、微流控芯片光學實驗室以及微流控芯片信息實驗室等，其中，最早形成的是微流控芯片化學實驗室中的微流控芯片分析化學實驗室，分析化學是微流控芯片最早最直接的應用領(lǐng)域之一，微流控芯片分析化學實驗室的構(gòu)建和完善是21世紀前20年分析化學發(fā)展的一個主流趨勢。

微流控芯片分析化學實驗室的應用主要有以下幾個方面：

1、分子水平

    微流控分析化學實驗室的第一輪應用當然是在分子水平上，除了離子和小分子的分離分析外，在以蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子為對象的研究中更顯示出其操作單元規(guī)模集成和靈活組合的優(yōu)勢，引起了研究者的廣泛關(guān)注。

分子層面應用最重要且相對最成熟的一類對象是核酸，核酸研究是迄今為止微流控芯片應用最有說服力的領(lǐng)域之一，其范圍已由對簡單核苷酸的分離分析過渡到以復雜的遺傳學分析、基因診斷等為目的的生物醫(yī)學領(lǐng)域。

2、分子細胞水平

     細胞無疑是下一輪微流控芯片應用的重點，微流控芯片的潛力將在細胞研究中充分發(fā)揮。盡管在現(xiàn)階段，與分子層面的工作相比，細胞研究相對滯后，但隨著單元技術(shù)的日趨成熟,以及更多的醫(yī)學、生物學領(lǐng)域?qū)＜业慕槿耄@一層面的研究將有可能成為微流控芯片應用研究的主流。芯片上的細胞單元操作有其特殊性，培養(yǎng)、捕獲、分選及裂解等明顯有別于分子層面的各種技術(shù)。在同一芯片上集成細胞培養(yǎng)、輸運、清洗、破碎、樣品純化和電泳分離等操作單元，把整個復雜的研究過程納入全局控制和總體規(guī)劃，將極大地提高優(yōu)化過程的效率，簡化程序，減少人為控制引起的誤差，更易被生物學家所接受，并獲得傳統(tǒng)方法難以實現(xiàn)的時空分辨信息；此外，微流控芯片上流體的二維甚至三維流動，使得對細胞進行更加復雜的物理和化學操作成為可能，因而也適于對單細胞進行更加復雜和全面的分析，并可滿足組學及譜學研究對多維分離分析的需求。

3、細胞水平

微流控芯片用于細胞研究的應用范圍主要包括細胞狀態(tài)、細胞功能和細胞組分研究3個方面。通過實驗，以臨床抗腫瘤藥物誘導肝癌細胞凋亡為模型，構(gòu)建了一種細胞水平高內(nèi)涵藥物篩選微流控芯片平臺，將細胞培養(yǎng)、藥物濃度梯度生成、細胞受激和響應等過程完全集成在一塊只有幾平方厘米大小的芯片上完成，一次運行科同時產(chǎn)生64種藥物作用條件并可獲得192個細胞響應結(jié)果。利用該芯片同時分析了藥物作用后細胞線粒體膜電勢、細胞核、細胞膜以及胞內(nèi)氧化還原狀態(tài)的變化。結(jié)果顯示，不同藥物誘導細胞凋亡呈現(xiàn)不同的劑量效應。該工作充分地體現(xiàn)了微流控芯片將多種單元技術(shù)靈活組合和規(guī)模集成的特點，與傳統(tǒng)的多孔板技術(shù)相比，省去了配制和分配多種藥物不同濃度溶液的繁冗操作，大大簡化了細胞接種、受激、洗滌和標記操作過程，顯著降低了細胞和試劑耗量，具有重大應用前景。

4、模式生物水平

      除分子水平、細胞水平的應用之外，近幾年微流控芯片分析化學實驗室開始向動物水平拓展，秀麗隱桿線蟲是一種從20世紀60年代開始就被廣泛用于發(fā)育學、遺傳學和神經(jīng)生物學等研究中的重要模式生物，也是受人矚目的研究行為可塑性的模式動物，傳統(tǒng)線蟲研究通常采用手工操作，通量低，耗時長，難以實現(xiàn)對單個線蟲或胚胎的研究，微流控芯片的出現(xiàn)為線蟲研究提供了一條新思路，微流控芯片的尺寸與線蟲相匹配，是研究這種微小生物的理想平臺，而其可微型化、大規(guī)模集成和快速運行的特點可使線蟲的分析低耗、快速和大規(guī)模地進行。