高通量生物分析技術之微流控芯片

高通量生物分析技術是指同時對一個樣品中的多個指標或者對多個樣品中的一個指標同步進行并行分析，以在最短的時間內獲得最多的生物信息的新型分析技術。微流控芯片是高通量生物分析技術的一種，主要包括PCR芯片、流式芯片、毛細管電泳芯片、微電子芯片、色譜芯片及各類樣品制備芯片等，目前已廣泛應用于生物醫學領域中。美迪西生物分析部提供全面符合FDA/CFDA GLP的生物分析服務，以支持小分子藥物、大分子藥物、生物技術藥物、疫苗和生物標記物的篩選與開發，及其臨床前研究和臨床研究。

微流控芯片作為高通量生物分析技術的一種，在生物醫學中的應用主要有以下幾項。

1、核酸分析

微流控芯片可用于核酸的擴增、分離及測序。研究人員提出了連續流動式微流控PCR擴增芯片，反應溶液循環流經不同的溫區完成PCR擴增反應，整個擴增反應全部在流動中完成，展示了微全分析系統在試樣處理方面的潛力。人們還利用微流控芯片技術開展了基因表達、基因突變性、基因功能和單核苷酸基因多態性等的研究，取得了豐碩成果。

2、肽和蛋白質分析

目前蛋白組分析主要是將蛋白質大分子降解為肽，再通過分析肽譜以及進行肽鏈的測序加以實現。利用等電聚焦毛細管電泳芯片技術，以Cy5標記肽，對細胞色素c、核糖核酸酶A和肌紅蛋白等9種蛋白質混合物進行分離檢測，5min即完成了整個分析過程。

3、氨基酸分析

微流控芯片技術在氨基酸分析中的應用較為廣泛，有研究者設計了一種循環柱切換的微流控芯片，微通道表面用線聚丙烯酰胺衍生化，以nTc標記氨基酸，取得了良好的分離測定效果。此外還可以在硼硅玻璃電泳芯片上，以一環糊精作手性添加劑，對氨基酸樣品進行了手性拆分分析。對進樣儲液池加以改進，制成連續換樣流通式儲液進行裝置，實現了微流控芯片對氨基酸的高通量分析。

4、細胞分析

微控芯片通道寬度一般為10~50μm，和生物細胞大小相當，生物細胞在微通道內非常容易操縱、觀察和檢測，因此，以微流控芯片進行單細胞研究具有獨特的優越性。

在玻璃芯片通道中，用介電泳力和重力場流分級分離細胞，垂直方向受到向下重力和向上介電泳力的作用而得到分離；以化學消解法在線消解大腸桿菌細胞膜，胞內成分半乳糖苷酶釋放出來，以熒光法檢測之；通過競爭反應對單個胰島釋放出的胰島素進行了免疫分析等。

5、藥物分析與篩選

藥物的分析與篩選是微流控芯片另一個可發揮重要作用的領域。有研究者利用免疫法測定了血清中治療哮喘藥物茶堿，他們將含有未標記的藥物和已知數量的熒光標記的藥物及藥物抗體混合，分離檢測藥物及藥物與抗體的復合物，分離分析時間僅40s。

還可以利用微流控芯片技術微型、集成化的特點，把一些反應器及通道微型化、陣列化，同時實現了樣品前處理和分離，研制了一種動態的高通量藥物篩選平臺，在很短的時間內完成成千上萬個藥物和生物靶標的作用鑒定，建立了一種基于分子水平的更適于藥物篩選的技術體系。

6、免疫分析

免疫分析是一種判斷和測定溶液中蛋白質存在與否及濃度大小的特異性方法，因其具有高度的選擇性，該法已成為目前臨床診斷、生物醫學等的重要工具。采用微流控芯片法進行免疫分析，他們在微通道中集成微免疫反應器，免疫產物以電泳分離、熒光檢測，分別測定了卵白蛋白及抗雌二醇的含量。還可以在微通道中構筑了一道圍堰，用來擋住結合抗體的聚苯乙烯微珠，血清中癌胚抗原和抗體結合，再以標記了膠狀金的免疫球蛋白結合，熱透鏡檢測，和ELISA法對比，分析時間從45h減少到35min。

7、酶分析

分析具有特異性高、反應條件溫和及反應速度快等優點，也是目前臨床診斷和生物醫學等的重要工具。在多分支的微流控芯片上，用乙酰膽堿酯酶測定乙酰膽堿酯酶抑制劑的含量。乙酰膽堿酯酶催化乙酰膽堿水解生成膽堿，膽堿與熒光衍生劑結合產生熒光，激光誘導熒光檢測器檢測，分析時間僅為70s。

在微流控芯片上刻蝕了容積為6.5m的反應器，填人固化乳酸氧化酶的多孔玻珠，形成酶反應器，測定了血清樣品中的乳酸酶。微流控芯片法分析酶，將有力地推動臨床診斷和酶的基礎研究。

8、單分子檢測

在玻璃微流控芯片上，利用聚焦分子流，以單分子熒光激發計數作為檢測手段，實現了ds-DNA片斷的單分子分離檢測，為微流控芯片在單分子檢測中的應用開辟了先河。

單分子檢測方面的研究目前雖然較少，但可以相信，隨著微流控芯片技術的日臻完善，該領域將會受到越來越多的關注。