3D打印微流控芯片技术研究进展

近年来,微流控技术在生命科学和医学诊断等领域得到广泛的应用,显示出了其在检测速度、精度以及试剂损耗等方面相比传统方法的显著优势.然而,使用从半导体加工技术继承而来的微加工技术制作微流控芯片具有比较高的资金和技术门槛,在一定程度上阻碍了微流控技术的推广和应用.近年来随着3D打印技术的兴起,越来越多的研究者尝试使用3D打印技术加工微流控芯片.相比于传统的微加工技术,3D打印微流控芯片技术显示出了其设计加工快速、材料适应性广、成本低廉等优势.本文针对近年来国内外在3D打印微流控芯片领域的最新进展进行了综述,着重介绍了采用微立体光刻、熔融沉积成型以及喷墨打印等3D打印技术加工制作微流控芯片的方法,以及这些微流控芯片在分析化学、生命科学、医学诊断等领域的应用,并对3D打印微流控芯片技术未来的发展进行了展望.     

微流控系统在生化分析领域的新应用

微流控芯片是近年来新兴的研究领域,它由微米级别的微通道及辅助器件构成,并且有着低试剂消耗量、响应时间短、高精度、高灵敏度、高集成度和独特的微观物理现象等特性。微流控芯片的独特优势为生物样品的处理与分析、生物模拟、药物传递和多组分分析等领域提供了前所未有的机会。为获得理想、完善的微流控平台,还需进一步挖掘微流控芯片的潜在应用。本文回顾了微流控芯片在生化分析领域中的新应用,分析了其优劣势与存在的挑战,并预测了微流控芯片未来可能的发展趋势,指出了微流控芯片"走出实验室"投入实际应用的可能。     

微流控芯片操纵传输及实时监测单细胞量子释放

微流控芯片技术用于细胞生化分析已引起了广泛关注.Harrison等首次在微流控芯片上对细胞群体进行操纵、传输及反应.yang等在微流控芯片上操纵细胞群体的排列,并用荧光检测细胞群体摄取钙的反应.至今还未见到微流控芯片对单个细胞进行操纵传输、定位及实时监测的报道.单细胞受激释放的监测对探索生物体神经传导具有重要意义.     

化学发光检测在微流控芯片中的应用综述

综述了近年来化学发光检测在微流控芯片中的应用.指出微流控芯片(又称为"芯片实验室"或者"微型全分析系统")因具有小型化、集成化和自动化等特点而在近20年来日益受到关注,而化学发光检测具有仪器结构简单、背景噪音低、操作和维护成本低等优点,非常适合用作微流控芯片的检测手段.     

微流控芯片上的免疫分析

近20年来,随着微流控芯片加工技术的不断发展,微流控分析已从一个概念发展为当前世界上最前沿的科技领域之一,微流控芯片上免疫分析的方法研究也取得重要进展。这些芯片包含传输流体的微通道和免疫分析程序中部分或全部的必要组件。微流控技术用于免疫分析在减少试剂用量、缩短分析时间、自动化等方面提高了分析性能。本文综述了微流控芯片上免疫分析的发展、分类,并评述了各类微流控免疫分析芯片的性能及优缺点。     

微流控芯片电泳的研究进展

该文综述了微流控芯片电泳的制备、结构和应用,比较了不同材料微流控芯片电泳的制备机理、表面改性和性能特点,归纳和总结了不同结构微流控芯片电泳的进样、分离和检测系统以及不同类型微流控芯片电泳在荧光物质、金属离子、糖、药物、核酸、DNA、氨基酸、多肽和蛋白质分析中的应用,并对微流控芯片电泳的未来发展方向做了展望.     

微流控芯片的研究及产业化

以大连研究团队的近期工作为基础,结合2015年末召开的“深圳-大连微流控芯片及其产业化战略研讨会”内容,扼要阐述作者对近期微流控芯片的研究及产业化的基本看法.鉴于微流控芯片研究的主流已从平台构建和方法发展转为不同领域的广泛应用,本文重点介绍了微流控芯片在现代生物化学分析、即时诊断、材料筛选-材料合成以及组织-器官仿生等4个应用领域的研究趋势,讨论了3D打印技术的崛起对微流控芯片的影响和挑战,阐述了微流控芯片作为当代极为重要的新兴科学技术平台和国家层面产业转型的潜在战略领域,在全球范围内产业化的发展势头.全文引用文献69篇.     

微流控技术应用于细胞分析的研究进展

微流控技术由于其固有的优势已发展成为细胞分析中一个强有力的工具.本文从微流控芯片上的细胞培养、细胞微环境的模拟和控制、单细胞分析、芯片器官以及微流控芯片与质谱联用技术等方面对微流控技术在细胞分析研究中的应用进展进行了介绍,并对这一技术的发展前景进行了总结和展望,希望能为相关研究的开展提供启发.     

聚甲基丙烯酸甲酯微流控芯片分离DNA片段的初步研究

自从1995年Mathies^[1]首次将微流控芯片毛细管凝胶电泳用于基因测序研究以来,DNA片段的分离已成为微流控芯片应用的重要领域之一.最早应用于DNA分析的微流控芯片是玻璃芯片,聚合物微流控芯片以其品种多、成本低、易于加工,与玻璃芯片相比具有封接温度大大降低,微通道内电渗流显著减小等特点,已被成功应用于DNA片段的分离^[2,3].     

基于毛细管电泳及微流控芯片的药物提取分离技术

近年来,在提取分离方面出现了许多新技术和新方法.其中毛细管电泳和微流控芯片技术以其微量、高效、快速等特点,在药物提取分离中已渐显优势.该文对基于毛细管电泳和微流控芯片的两相电泳技术、微流控液液萃取技术、微流控固液萃取技术、微流控过滤式分离技术、微流控膜分离技术在药物分离提取中的应用进行了综述.     

基于微流控芯片的微阵列分析

微阵列芯片具有高通量、微量化和自动化等特点,已经在很多领域得到广泛应用。但是微阵列芯片仍然具有不足之处,如所需设备昂贵、分析时间较长、灵敏度不高、多样品平行分析能力不足等。微流控芯片微米级的通道具有相对较大的比表面积和较短的扩散距离,能够显著加快分析速度、提高检测效率、增强分析性能,并且能够加工大量的平行通道用于多样品分析。目前已经有大量文献报道将微流控芯片和微阵列芯片相结合,发展了独特的杂交方式并在实验和理论上分别证明了两者相结合的优势,本文综述了将微流控芯片技术应用于微阵列分析的研究进展,着重介绍了在微流控芯片上进行微阵列分析时的杂交方式、促进杂交的措施以及杂交过程的数学建模,同时也介绍了其他分析步骤方面的进展。最后分析了目前微流控芯片技术在进行微阵列杂交应用方面的不足及其原因,并指出这两项技术相结合的优势和未来。     

Analysis of multiplex PCR fragments with PMMA microchip

Microchip electrophoresis is a promising technique for analysis of bio-molecules. It has the advantages of fast analysis, high sensitivity, high resolution and low-cost of samples. Plastic chip has the potential of mass production for clinical use for its advantages in biocompatibility and low cost. In this work, the method for fabrication of poly(methyl methacrylate) (PMMA) chip was described, and conditions for DNA separation were investigated with the chip. The PMMA microchip was used for detection of multiplex PCR products of 18 and 36 cases with SARS and hepatitis B virus infection under optimized separation conditions. Microchip electrophoresis showed higher sensitivity, higher resolution and less time consumption when compared with gel electrophoresis. The microchip electrophoresis with PMMA chip provided a rapid, sensitive and reliable method for analysis of multiplex PCR products.     

微流控芯片在食品安全分析中的应用进展

微流控芯片技术可以实现从样品处理到检测的微型化、自动化、集成化及便携化,因而在食品安全检测方面展现出强大的发展活力。目前微流控芯片技术在农药残留、兽药残留、重金属、食品添加剂等食品安全检测方面已取得了一系列重要进展。该文着重介绍了微流控芯片技术在食品安全分析中的研究进展,并展望了其在食品安全分析中的应用前景。     

基于核酸适配体的微流控芯片酶反应器用于蛋白质的分析

将核酸适配体作为胰蛋白酶固定化介质,制备了一种新型的微流控芯片酶反应器,并与高效液相色谱-串联质谱联用,搭建了在线分析平台;分别使用标准蛋白及混合蛋白样品对芯片的酶解效率及联用平台的分析能力进行了初步评价。结果表明,5 ng肌红蛋白经该平台分析后肽段覆盖率可达到37%;对500 ng混合蛋白进行3次平行分析,肽段覆盖率及相对标准偏差分别为44.3%、6.5%(牛血清白蛋白), 65.0%、2.7%(肌红蛋白)和62.0%、5.6%(细胞色素c);初步实验表明,该在线分析平台具有检测灵敏度高、重现性好、酶解效率高的特点,有望在蛋白质组学分析中发挥重要作用。     

Development of anangiogenesis-focused cDNA chip and validation of its functionality

DNA chip has been used as a powerful tool to study the genetic reprogramming of cells and its link to cellular phenotype such as angiogenesis. To evaluate the angiogenesis related genetic reprogramming more efficiently, we here developed an angiogenesis-focused cDNA chip containing 153 angiogenesis related genes arrayed in duplicate on a slide glass. In order to validate the functionality of the angiogenesis-focused cDNA chip, we examined gene expression profiles in HT1080 cells treated with either fetal bovine serum, a well known pro-angiogenic factor, or trichostatin A, a known angiogenesis inhibitor, using the cDNA chip. All duplicate data from the analysis are well matched with each other and gene expression profiles are well consistent with previously reported data. These results demonstrate that the angiogenesis-focused cDNA chip developed here can be a useful tool towards angiogenesis- related researches.     

Microfluidic chip electrophoresis for biochemical analysis

Microfluidic chip electrophoresis has been widely employed for separation of various biochemical species owing to its advantages of low sample consumption, low cost, fast analysis, high throughput, and integration capability. In this article, we reviewed the development of four different modes of microfluidics‐based electrophoresis technologies including capillary electrophoresis, gel electrophoresis, dielectrophoresis, and field (electric) flow fractionation. Coupling detection schemes on microfluidic electrophoresis platform were also reviewed such as optical, electrochemical, and mass spectrometry method. We further discussed the innovative applications of microfluidic electrophoresis for biomacromolecules (nucleic acids and proteins), biochemical small molecules (amino acids, metabolites, ions, etc.), and bioparticles (cells and pathogens) analysis. The future direction of microfluidic chip electrophoresis was predicted.     

微流控芯片分析及其在酶抑制剂筛选中的应用*

微流控芯片以其消耗少、易于微型化和集成化等优点在酶分析领域占有重要地位。近年来随着新检测技术的不断出现,酶抑制剂筛选芯片的结构也从简单的“混合-反应”和“分离-检测”,变得更加多样化和多功能化。微流控芯片上分子固定化酶、细胞培养等技术的进步为微流控芯片上实现酶抑制剂的高通量和高内涵筛选带来了巨大优势。本文对用于酶分析的微流控芯片的种类和构型进行简介和归纳总结,重点讨论和综述了其在酶抑制剂筛选中的应用及其最新研究进展。     

Analysis Laboratory on a Chip

Microfluidic chip offers a promising platform for chemical or biological analysis on the basis of flexible integration of various functional operation units. This article provides an overview of the recent achievements of microfluidic chip and its applications based on the works mainly carried out in the authors' lab, especially for the purpose of constructing analytical laboratory on a microfluidic chip. Different operation units and some representative applications in molecules, cell and organism analysis are described.     

微流控芯片技术在生命科学研究中的应用

微流控芯片最初起源于分析化学领域,是一种采用精细加工技术,在数平方厘米的基片,制作出微通道网络结构及其它功能单元,以实现集微量样品制备、进样、反应、分离及检测于一体的快速、高效、低耗的微型分析实验装置.随着微电子及微机械制作技术的不断进步,近年来微流控芯片技术发展迅猛,并开始在化学、生命科学及医学器件等领域发挥重要作用.本文首先简单介绍了微流控芯片制作材料和工艺,然后主要阐述了其在蛋白质分离、免疫分析、DNA分析和测序、细胞培养及检测等方面的应用进展.