一文讀懂微流控芯片，它有什么神奇？

微流控的五大優(yōu)點(diǎn)

(一)集成小型化與自動化

微流控技術(shù)能夠把樣本檢測的多個步驟集中在一張小小的芯片上，通過流道的尺寸和曲度、微閥門、腔體設(shè)計的搭配組合來集成這些操作步康，最終使整個檢測集成小型化和自動化。

(二)高通量

由于微流控可以設(shè)計成為多流道，通過微流道網(wǎng)絡(luò)可以同時將待檢測樣本分流到多個反應(yīng)單位，同時反應(yīng)單元之間相互隔離，使各個反應(yīng)互不相干擾，因此可以根據(jù)需要對同一個樣本平行進(jìn)行多個項目的檢測。與常規(guī)逐個項目檢測相比，大大縮短了檢測的時間，提高了檢測效率，具有高通量的特點(diǎn)。

(三)檢測試劑消耗少

由于集成檢測的小型化，使微流控芯片上的反應(yīng)單元腔體非常小，雖然試劑配方的濃度可能有一定比例的提高，但是試劑使用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于常規(guī)試劑，大大降低了試劑的消耗量。

(四)樣本量需求少

由于只在小小的芯片上完成檢測，因此需要被檢測的樣本量需求非常少，往往只需要微升甚至納升級別。此外還可以直接用全血進(jìn)行檢測，對于嬰兒、老人、殘疾人這些血量少、靜脈采集困難的人群，使其檢測更加方便;或者是非常珍貴稀少的樣本，使其多項指標(biāo)檢測成為可能。

(五)污染少

由于微流控芯片的集成功能，原先在實(shí)驗(yàn)室里需要人工完成的各項操作全部集成到芯片上自動完成，使人工操作時樣本對環(huán)境的污染降低到最低程度。例如在分子核酸類檢測中，無論是樣本本身，還是制備后準(zhǔn)備用于檢測的核酸，均會對實(shí)驗(yàn)室造成污染，氣溶膠的擴(kuò)散使得后續(xù)樣本檢測容易出現(xiàn)假陽性。這也是為什么常規(guī)分子核酸類檢測需要至少在3個房間分別進(jìn)行不同的操作。微流控技術(shù)的使用很好的解決了這一問題。

正因?yàn)槲⒘骺鼐哂幸陨蠋讉€重要的優(yōu)勢和優(yōu)點(diǎn)，使其成為了POCT的首選。而我們判斷這類產(chǎn)品在市場上有沒有需求和競爭力，可以從這幾個方面上進(jìn)行判斷。

微流控的四大缺點(diǎn)

(一)核心技術(shù)缺乏規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)

一個成熟的微流控產(chǎn)品，往往需要配套使用的試劑，核心的微流控芯片，芯片驅(qū)動平臺，光電檢測模塊，信號處理模塊以及人機(jī)交互的軟件系統(tǒng)等等組件。對于一個成熟的產(chǎn)業(yè)鏈而言，一個復(fù)雜的產(chǎn)品的不同組件是由不同公司大規(guī)模的生產(chǎn)，然后有某個掌握一個或者幾個核心技術(shù)的公司組裝而成。這里最典型的代表就是智能手機(jī)。資金雄厚如蘋果公司，也沒法把諸如CPU，內(nèi)存，屏幕等等所有組件的產(chǎn)業(yè)線全部掌握在自己手上。但是在微流控的產(chǎn)業(yè)化中，由于這個技術(shù)還不太成熟，產(chǎn)品缺乏相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，目前還沒法實(shí)現(xiàn)組件的通用化。這樣也就沒法形成上下游公司合作式的開發(fā)一個產(chǎn)品的模式。而微流控產(chǎn)品本身就是結(jié)合微機(jī)電加工、生命科學(xué)、化學(xué)合成、光學(xué)工程及電子工程等許多領(lǐng)域?qū)W科的新產(chǎn)品，技術(shù)要求高，開發(fā)周期較長。這也導(dǎo)致了，像諸如GeneXpert PCR分析儀這樣的具有突破性進(jìn)展的產(chǎn)品，由于前期高昂的研發(fā)費(fèi)用，到現(xiàn)在也沒能實(shí)現(xiàn)真正的盈利。

(二)相關(guān)人才嚴(yán)重不足

多學(xué)科交叉人才、企業(yè)研發(fā)人員、專業(yè)化市場人員嚴(yán)重不足;國內(nèi)芯片人才特別是在企業(yè)從事產(chǎn)品開發(fā)的芯片技術(shù)人員極為缺乏。

(三)目前生產(chǎn)成本高昂

對于微流控免疫分析芯片來說，其面臨的最大問題是分析芯片都是一次性使用，不能充分發(fā)揮微流控分析平臺可多次使用的優(yōu)點(diǎn)，導(dǎo)致檢測成本升高，在目前加工條件下，一塊供研究用的標(biāo)準(zhǔn)玻璃芯片價值可能在幾十到上百美元之間。

(四)技術(shù)平臺的難題

比如抗體的固定。非均相免疫分析是將抗原或抗體固定在固相載體表面，通過特異性免疫反應(yīng)，將所需的抗體或抗原結(jié)合在固相載體表面形成抗原抗體復(fù)合物，通過簡單的清洗即可實(shí)現(xiàn)抗原抗體復(fù)合物與游離抗原抗體的分離。因此，如何將抗體固定在微通道的表面成為非均相微流控免疫分析芯片的一個關(guān)鍵問題。有很多方法可以將抗體固定在通道表面，包括通道壁對抗體的直接吸附、共價結(jié)合在基底面形成活性功能基團(tuán)、微接觸印刷等技術(shù)?？贵w等生物分子可以通過疏水作用直接吸附在疏水性微通道的表面，但是可能引起抗體的構(gòu)相改變而導(dǎo)致活性降低。同時對微通道表面的封閉是非常重要的，通過封閉限制蛋白和小分子物質(zhì)的非特異結(jié)合，這些非特異結(jié)合會影響分析效率。蛋白質(zhì)的非特異性結(jié)合和抗體的變性使免疫分析的靈敏度大大降低，因此對于微流控免疫分析芯片系統(tǒng)，采用合理的方法交聯(lián)抗體顯得非常重要。

另外，微流控芯片與外圍設(shè)備如自動分析、顯示設(shè)備等的集成化也是需要重點(diǎn)攻克的難題。微流控芯片是注定要被深度產(chǎn)業(yè)化的科學(xué)技術(shù)。這種判斷首先當(dāng)然是源于需求的不可逆轉(zhuǎn)，需求加劇，進(jìn)程加快;另一方面，則是基于對這-科學(xué)技術(shù)在一些重大領(lǐng)域不可替代性的認(rèn)識，而這種認(rèn)識只是在最近的若千年內(nèi)才被人們所逐步接受。它很可能發(fā)展成為當(dāng)今產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的一種模式，對以生物經(jīng)濟(jì)為代表的新型經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生重要影響。例如未來幾年內(nèi)，如果將微流控芯片與“生物手機(jī)”、 “互聯(lián)網(wǎng)+”進(jìn)一步結(jié)合，這樣一個由一種新興技術(shù)引發(fā)的可能具有全局性影響的趨勢，是否能夠因此誕生一批“風(fēng)口”行業(yè)值得大家期待。

四種微流控芯片材料的優(yōu)缺點(diǎn)分析

1、硅材料

優(yōu)點(diǎn)：

·具有良好的化學(xué)惰性和熱穩(wěn)定性

·良好的光潔度，加工工藝成熟

·可用于制作聚合物芯片的模具等(汶顥股份提供硅片注塑模具、PDMS注塑模具等芯片注塑模具)

缺點(diǎn)：

·易碎，價格貴

·不能透過紫外光

·電絕緣性能不夠好

·表面化學(xué)行為較復(fù)雜

2、玻璃石英材料

優(yōu)點(diǎn)：

·很好的電滲性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì)

·有利于化學(xué)方法進(jìn)行表面改性

·可用光刻和蝕刻技術(shù)進(jìn)行加工

缺點(diǎn)：

·難以得到深寬比大的通道

·加工成本較高

·封接難度較大

3、有機(jī)高分子聚合物材料(PMMA等)

優(yōu)點(diǎn)：

·成本低，品種多樣，價格低廉適合大量生產(chǎn)

·可通過可見光與紫外光

·可用化學(xué)方法進(jìn)行表面改性

·易加工得到寬深比大的通道

缺點(diǎn)：

·不耐高溫

·導(dǎo)熱系數(shù)低

·表面改性的方法尚不夠成熟

4、紙質(zhì)芯片材料

優(yōu)點(diǎn)：

·較硅、玻璃等材質(zhì)，紙的成本低

·無需模板，結(jié)構(gòu)設(shè)計不受約束

·分析系統(tǒng)易微型化、便攜化。無需外置驅(qū)動泵，紙張可折疊，易保存和運(yùn)輸

·生物兼容性好。濾紙主要成本為纖維素，可固定酶、蛋白質(zhì)和DNA等生物大分子

·檢測背景低。紙張通常是白色，有利于在紙芯片上開展比色分析

·后處理簡單，無污染，可通過簡單安全的燃燒方式進(jìn)行處理

缺點(diǎn)：

·樣本殘留在紙通道中和樣品在運(yùn)輸過程中的蒸發(fā)導(dǎo)致樣品利用率降低。

·對于一些具有低表面張力的樣本，疏水區(qū)不一定有足夠的疏水性，樣本可能會發(fā)生滲漏。

·結(jié)合傳統(tǒng)的比色法，對于太低濃度的樣本分析紙芯片無法檢測。

微流控芯片材料選型原則

①芯片材料與芯片實(shí)驗(yàn)室的工作介質(zhì)之間要有良好的化學(xué)和生物相容性，不發(fā)生反應(yīng);

②芯片材料應(yīng)有很好的電絕緣性和散熱性;

③芯片材料應(yīng)具有良好的可修飾性，可產(chǎn)生電滲流或固載生物大分子;

④芯片材料應(yīng)具有良好的光學(xué)性能，對檢測信號干擾小或無干擾;

⑤芯片的制作工藝簡單，材料及制作成本低廉。