微流控芯片在生命科學研究中的應用

分析技術的進步極大地推動了生命科學的發展，同時也提出了許多新的問題。隨著多種生物基因組測序的完成，特別是人類基因組計劃（HGP）的完成將我們帶入了后基因組時代，分子生物學已經進入蛋白質組學的研究階段。僅僅從DNA水平上測定基因組序列只是揭示生命奧秘的第一步，更重要的是去發現、鑒定和測量每個基因所編碼的蛋白質，研究其翻譯后修飾（PTMs），測定其生活周期，并對其進行定位，確定其結合伴侶和三維結構，最終確定其生物學功能 。由于生物體內的基因數量相當龐大，并且有的基因可以編碼多種蛋白質，因此后基因組學的研究是一項十分繁雜和巨大的工程，必須借助先進的分析技術和高精度儀器。蛋白質組學最基本的研究任務是從生物樣品中分離和鑒定蛋白質，目前常用的方法是通過雙向凝膠電泳（2-DGE）分離生物樣品中的特定蛋白質 ，然后通過熒光掃描技術或質譜（MS）技術進行分析，從而得到蛋白質的定性及定量數據。對于 DNA、蛋白質等生物大分子及細胞的鑒定而言，高通量、高靈敏度和高精度是三個技術關鍵指標。但是雙向凝膠電泳等現有技術過于繁瑣、樣品消耗量大、不穩定和靈敏度不高等缺點，這已經成為生命科學飛速發展道路上的一大瓶頸。

生物芯片技術的出現給生命科學的研究帶來新思路。微型化、集成化、高通量化的抗體芯片就是蛋白組學研究中一個非常好的工具，它也是蛋白芯片中在技術上比較成熟的，有些抗體芯片已經在向臨床應用發展。微流控芯片是20世紀90年代在分析化學領域發展起來的，它以微管道網絡為結構特征，以生命科學為主要應用對象，并開始在分析化學、生命科學及生物醫學器件等領域發揮愈來愈重要的作用，是當前生命科學、化學、微機械和微電子學領域的研究熱點。

大多數微流控系統是在直徑約為 10cm 玻璃或硅基片上，采用光刻化學腐蝕方法，刻蝕出截面近似梯形的微通道和儲液池；在微通道和儲液池的適當位置用氣相沉積方法制作出金電極和引線，用粘貼或靜電鍵合的方法把一塊玻璃片封接到硅片上閉合微通道；在玻璃片上對應儲液池的位置鉆出通孔，以填加試劑和樣品。這種微型化、集成化的微流控電泳芯片具有高效、快速、試樣用量少、節約藥品等優點，并在氨基酸和蛋白質的分離、免疫分析、DNA分析和測序 、生物細胞研究等方面顯示出巨大的潛力。這必將對疾病診斷和治療、新藥開發、食品衛生等諸多領域產生革命性的影響。