微流控芯片技术的发展史及其应用的研究进展
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科学观察 Ｔ Ｉ Ａ Ｎ Ｊ Ｉ Ｎ Ｓ Ｃ Ｉ Ｅ Ｎ Ｃ ２ Ｅ ０ ＆ Ｔ １ ３ Ｅ Ｃ 年 Ｈ Ｎ 第 Ｏ Ｌ ６ Ｏ Ｇ 期 Ｙ
现 了 较 宽 的 线 性 范 围 检 测 葡 萄 糖 。 尿 酸 是 嘌 呤代 谢 的 最 终 产 物， 体 液 中 尿 酸 含量 的变 化 可 以反 映人 体 代 谢 机 能 的状 况 。 等【 ｏ ｌ 通 过化学 发光法在微 流控芯 片上实现 了对血 清中尿素含 量 的检 测 ， 对 尿 素浓 度检 测 的线 性 范 围 达 ｌ 一１ ０ ０ ｍ ｇ ／ Ｌ ， 检 出 限 为 ０ ． １ ｍ ｇ ／ Ｌ 。微 流 控 技 术 还 实 现 了 样 品 中 多 种 物 质 的 同 时 检 测。 Ｗａ ｎ ｇ等… １ 构建 了一 种 同 时检 测 葡 萄 糖 、 尿素 和抗 坏 血 酸 的
免疫反应来测定甲状腺素 ， 得到检测限为 ２ ． ２ ｎ ｍ ｏ ｌ ／ Ｌ ， 线 性 范 围 为 ５～２ ５ ０ ｎ ｍ ｏ ｌ ／ Ｌ 。 非 竞 争 免疫 方 面 ， 中 国 科 学 家∞ 建 立 了微 流
控 芯 片 非 接 触 电 导 检 测 片 剂 中盐 酸奈 福 泮 的含 量 ， 有 非 常小 的 检 出 范 围 和 极好 的加 标 回 收 率 。
换 的微 流 控 芯 片 ， 微 通 道 表 面 以 线 形 聚 丙 烯 酰胺 衍 生 化 ， 以 免
疫荧光素 （ Ｆ Ｉ Ｔ Ｃ） 标记氨基酸 ， 取 得 较 好 的分 离 效 果 。 免 疫 分 析 方 法 目前 在 临 床 诊 断 、 生 物 医学 和 环 境 监 测 等 领 域 中应 用 最 为 广 泛 。 由于 尺 寸 的 缩 小 ， 微 流 控 芯 片 上 的 免 疫 反 应 速 度 得 到 提 高 。免 疫 分 析 有 两 个 最基 本 的 分类 ， 均相 免 疫 分 析和非均相免疫分析 ， 反应 类 型 从 定 量 方 式 看 可 分 为 竞 争 免 疫 分析和非竞争免疫分析 ， 这 几 种 免 疫 分 析 技 术 在微 流控 芯 片 中 都 有 比较 多 的研 究 。 均 相 免疫 分析 方 面 ， Ｗａ ｎ ｇ 等［ ２ ０ １ 在 微 流 控 芯 片 中建 立 集 成 化 的 均 相 酶 免 疫 法测 定 技 术 平 台 ， 在 免疫 室 内 进 行酶反应 ， 底物 ４ 一氨 基 苯磷 酸 盐 被 氧 化 成 为 ４ 一氨 基 苯 酚 ， 实 现 了用 下 游 的 安 培 法 检 测 样 本 中 的 鼠免 疫 球 蛋 白 。Ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ等 设计 了 Ｓ Ｐ Ｉ Ｄ Ｙ芯 片 ，采 用 均 相 直 接 免 疫 分 析 方 法 检 测 卵 清 蛋 白和 抗 雌 二 醇 ， 在 ６ ０ ｓ 内可以完成混合 、 反应、 分离、 检 测 等 整 个分析过程。 微 流 控 免 疫 比起 常规 的非 均 相 免 疫 反 应 时 间 大 大 缩短 ， Ｄ ｏ ｄ ｇ ｅ 等 在 芯 片 通 道 的 局 部 区 域 固 定 一 层 蛋 白 Ａ， 蛋白 Ａ对 兔 免 疫 球 蛋 白有 极 强 的 亲 和 力 ， 然 后 用 直 接 法 和竞 争 法 进 行 蛋 白 Ａ 与免 疫 球 蛋 白 Ｇ之 间 的免 疫 分 析 研 究 ，运用 这种 方 法大大缩短了检测时间 ， 提 高 了检 测 的 精 确度 。 竞争免疫方面 ，
酸 酐 的含 量 ， 他 们 根 据 肌 酸酐 与苦 味酸 雅 费 氏反 应 生 成 橘 红 色 化 合 物 这 一 性 质 ，通 过 分 光 光 度 检 测 对该 生 成 物进 行测 定 ， 从
而 间接 得 知 尿 液 中肌 酸 酐 的 含 量 。 此 外 ， 研 究 人 员 已经 采 用 微
微 流 控 芯 片 实Βιβλιοθήκη Baidu验 室 ，这 ３种 物 质 在 微 通 道 中进 行 电 泳 分 离 ， 最
和肌 红 蛋 白等 ９种 蛋 白质 混 合 物 进 行 分 离检 测 ， 几 分 钟 内完 成 整 个 检 测 过 程 。在 氨 基 酸 发 现 方 面 ， 国外 设 计 了 一 种循 环 柱 切
２ ０１ ０年 建 立 了 一 种 微 流 控 芯 片 化 学 发 光 检 测 方 法 ，利 用 竞 争
后 在 丝 网 印刷 碳 电极 分 别 对 它 们 进 行 电化 学 响 应 。 近 年 来 ， 不 少 研 究 人 员 将 微 流 控 芯 片应 用 于 临 床 尿 液 检 验 中 。Ｌ ｉ ｎ等 衅 研
制 了一 种 气 流 驱 动 的微 反 应 装 置 ， 可 对 肾病 患 者 尿 液 中 的 白蛋
白浓 度 进 行 非 免 疫 性 测 定 ，这 种 方 法 所需 样 品 量及 试 剂 量 少 ， 反应 时间短 ， 检测结果与传统 的免疫检测结 果一致 ， 具 有 巨大
的优 势 。Ｓ ｏ ｎ ｇ ｆ ａ ｒ ｏ ｅ ｎ等 ３ １ 使 用 微 流控 芯 片 成 功 测 定 了尿 液 中肌
流 控 技 术 对 尿 糖 以及 尿 中其 他 的 代谢 物 进 行 了 检测 。 该技术在 血 液 检 测 方 面 的 应 用 主要 有 血 细 胞 检 测 分 析 、 血浆分离 、 血 流 变性质分析等 。 Ｈ ｏ ｌ ｍ ｅ ｓ 等ｌ １ 嗵 过在 微 流 控 通 道 的 内侧 镶 嵌 频 率 不 同 的 电极 阵 列 ， 不 同 的 细 胞 所 受 的 介 电泳 动 力 不 同 ， 从 而 将
巨噬 细 胞 、 Ｔ细 胞 和 Ｂ细胞 分 离 开来 。 国 外 有 一 个 研 究 在 芯 片
上两平行微通道之间设计了许多高 １ ｕ ｍ 的微 滤 孔 用 于 全 血 中 血 浆 的分 离 。此 种 方 法 无 需 使 用 离 心 的方 法 ， 并 且 可 以和 其 他
微结构结合 ， 形成在芯片上进行血液分析的装置 。
现 了 较 宽 的 线 性 范 围 检 测 葡 萄 糖 。 尿 酸 是 嘌 呤代 谢 的 最 终 产 物， 体 液 中 尿 酸 含量 的变 化 可 以反 映人 体 代 谢 机 能 的状 况 。 等【 ｏ ｌ 通 过化学 发光法在微 流控芯 片上实现 了对血 清中尿素含 量 的检 测 ， 对 尿 素浓 度检 测 的线 性 范 围 达 ｌ 一１ ０ ０ ｍ ｇ ／ Ｌ ， 检 出 限 为 ０ ． １ ｍ ｇ ／ Ｌ 。微 流 控 技 术 还 实 现 了 样 品 中 多 种 物 质 的 同 时 检 测。 Ｗａ ｎ ｇ等… １ 构建 了一 种 同 时检 测 葡 萄 糖 、 尿素 和抗 坏 血 酸 的
免疫反应来测定甲状腺素 ， 得到检测限为 ２ ． ２ ｎ ｍ ｏ ｌ ／ Ｌ ， 线 性 范 围 为 ５～２ ５ ０ ｎ ｍ ｏ ｌ ／ Ｌ 。 非 竞 争 免疫 方 面 ， 中 国 科 学 家∞ 建 立 了微 流
控 芯 片 非 接 触 电 导 检 测 片 剂 中盐 酸奈 福 泮 的含 量 ， 有 非 常小 的 检 出 范 围 和 极好 的加 标 回 收 率 。
换 的微 流 控 芯 片 ， 微 通 道 表 面 以 线 形 聚 丙 烯 酰胺 衍 生 化 ， 以 免
疫荧光素 （ Ｆ Ｉ Ｔ Ｃ） 标记氨基酸 ， 取 得 较 好 的分 离 效 果 。 免 疫 分 析 方 法 目前 在 临 床 诊 断 、 生 物 医学 和 环 境 监 测 等 领 域 中应 用 最 为 广 泛 。 由于 尺 寸 的 缩 小 ， 微 流 控 芯 片 上 的 免 疫 反 应 速 度 得 到 提 高 。免 疫 分 析 有 两 个 最基 本 的 分类 ， 均相 免 疫 分 析和非均相免疫分析 ， 反应 类 型 从 定 量 方 式 看 可 分 为 竞 争 免 疫 分析和非竞争免疫分析 ， 这 几 种 免 疫 分 析 技 术 在微 流控 芯 片 中 都 有 比较 多 的研 究 。 均 相 免疫 分析 方 面 ， Ｗａ ｎ ｇ 等［ ２ ０ １ 在 微 流 控 芯 片 中建 立 集 成 化 的 均 相 酶 免 疫 法测 定 技 术 平 台 ， 在 免疫 室 内 进 行酶反应 ， 底物 ４ 一氨 基 苯磷 酸 盐 被 氧 化 成 为 ４ 一氨 基 苯 酚 ， 实 现 了用 下 游 的 安 培 法 检 测 样 本 中 的 鼠免 疫 球 蛋 白 。Ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ等 设计 了 Ｓ Ｐ Ｉ Ｄ Ｙ芯 片 ，采 用 均 相 直 接 免 疫 分 析 方 法 检 测 卵 清 蛋 白和 抗 雌 二 醇 ， 在 ６ ０ ｓ 内可以完成混合 、 反应、 分离、 检 测 等 整 个分析过程。 微 流 控 免 疫 比起 常规 的非 均 相 免 疫 反 应 时 间 大 大 缩短 ， Ｄ ｏ ｄ ｇ ｅ 等 在 芯 片 通 道 的 局 部 区 域 固 定 一 层 蛋 白 Ａ， 蛋白 Ａ对 兔 免 疫 球 蛋 白有 极 强 的 亲 和 力 ， 然 后 用 直 接 法 和竞 争 法 进 行 蛋 白 Ａ 与免 疫 球 蛋 白 Ｇ之 间 的免 疫 分 析 研 究 ，运用 这种 方 法大大缩短了检测时间 ， 提 高 了检 测 的 精 确度 。 竞争免疫方面 ，
酸 酐 的含 量 ， 他 们 根 据 肌 酸酐 与苦 味酸 雅 费 氏反 应 生 成 橘 红 色 化 合 物 这 一 性 质 ，通 过 分 光 光 度 检 测 对该 生 成 物进 行测 定 ， 从
而 间接 得 知 尿 液 中肌 酸 酐 的 含 量 。 此 外 ， 研 究 人 员 已经 采 用 微
微 流 控 芯 片 实Βιβλιοθήκη Baidu验 室 ，这 ３种 物 质 在 微 通 道 中进 行 电 泳 分 离 ， 最
和肌 红 蛋 白等 ９种 蛋 白质 混 合 物 进 行 分 离检 测 ， 几 分 钟 内完 成 整 个 检 测 过 程 。在 氨 基 酸 发 现 方 面 ， 国外 设 计 了 一 种循 环 柱 切
２ ０１ ０年 建 立 了 一 种 微 流 控 芯 片 化 学 发 光 检 测 方 法 ，利 用 竞 争
后 在 丝 网 印刷 碳 电极 分 别 对 它 们 进 行 电化 学 响 应 。 近 年 来 ， 不 少 研 究 人 员 将 微 流 控 芯 片应 用 于 临 床 尿 液 检 验 中 。Ｌ ｉ ｎ等 衅 研
制 了一 种 气 流 驱 动 的微 反 应 装 置 ， 可 对 肾病 患 者 尿 液 中 的 白蛋
白浓 度 进 行 非 免 疫 性 测 定 ，这 种 方 法 所需 样 品 量及 试 剂 量 少 ， 反应 时间短 ， 检测结果与传统 的免疫检测结 果一致 ， 具 有 巨大
的优 势 。Ｓ ｏ ｎ ｇ ｆ ａ ｒ ｏ ｅ ｎ等 ３ １ 使 用 微 流控 芯 片 成 功 测 定 了尿 液 中肌
流 控 技 术 对 尿 糖 以及 尿 中其 他 的 代谢 物 进 行 了 检测 。 该技术在 血 液 检 测 方 面 的 应 用 主要 有 血 细 胞 检 测 分 析 、 血浆分离 、 血 流 变性质分析等 。 Ｈ ｏ ｌ ｍ ｅ ｓ 等ｌ １ 嗵 过在 微 流 控 通 道 的 内侧 镶 嵌 频 率 不 同 的 电极 阵 列 ， 不 同 的 细 胞 所 受 的 介 电泳 动 力 不 同 ， 从 而 将
巨噬 细 胞 、 Ｔ细 胞 和 Ｂ细胞 分 离 开来 。 国 外 有 一 个 研 究 在 芯 片
上两平行微通道之间设计了许多高 １ ｕ ｍ 的微 滤 孔 用 于 全 血 中 血 浆 的分 离 。此 种 方 法 无 需 使 用 离 心 的方 法 ， 并 且 可 以和 其 他
微结构结合 ， 形成在芯片上进行血液分析的装置 。