微流控芯片技術(shù)及其應(yīng)用

微流控芯片技術(shù)及其在生命科學(xué)中的應(yīng)用

摘要：微流控芯片最初起源于分析化學(xué)領(lǐng)域，是一種采用精細(xì)加工技術(shù)，在數(shù)平方厘米的基片，制作出微通道網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其它功能單元，以實(shí)現(xiàn)集微量樣品制備、進(jìn)樣、反應(yīng)、分離及檢測于一體的快速、高效、低耗的微型分析實(shí)驗(yàn)裝置。隨著微電子及微機(jī)械制作技術(shù)的不斷進(jìn)步，近年來微流控芯片技術(shù)發(fā)展迅猛，并開始在化學(xué)、生命科學(xué)及醫(yī)學(xué)器件等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。本文首先簡單介紹了微流控芯片的相關(guān)技術(shù)，然后主要闡述了其在蛋白質(zhì)研究、細(xì)胞研究、DNA分析和測序、仿生研究等方面的應(yīng)用。

關(guān)鍵字：微流控芯片，生命科學(xué)，應(yīng)用

Abstract:Microfluidicchiptechnologyoriginatedfromanalyticalchemistry,adoptsmicrofabricationtechnologiestomakemicrochannelsonachipaboutseveralsquarecentimeters.Thetechnologycanintegratethesample’sinjection,separationanddetectionintoasinglechip.Theadvantageofmicrofluidicsisrapid,highefficiencyandlowconsumption.Withtheprogressofmicroelectronicsandothermicrofabricationtechniques,thetechnologyofmicrofluidicchipdevelopedrapidlyrecentyears,andbegantoplaymoreandmoreimportantrolesinchemistry,biologyandmedicalinstruments.Thisarticalintroducedtherelatedtechnologiesofmicrofluidicchip,andthenmainlyexpoundeditsapplicationsinproteinresearch,cellresearch,DNAanalysisanddetection,andbionicresearch.

Keywords:microfluidicchip;lifescience;application

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前言

微流控芯片是一種以在微米尺度空間對流體進(jìn)彳亍操控為主要特征的科學(xué)技術(shù)，具有將生物、化學(xué)等實(shí)驗(yàn)室的基本功能微縮到一個幾平方厘米芯片上的能力，因此又被成為芯片實(shí)驗(yàn)室。在現(xiàn)階段，主流形式的微流控芯片多由微通道形成網(wǎng)絡(luò)，以可控流體貫穿整個系統(tǒng)，用以實(shí)現(xiàn)常規(guī)化學(xué)或生物等實(shí)驗(yàn)室的各種功能。微流控芯片的基本特征和最大優(yōu)勢是多種單元技術(shù)在衛(wèi)?？煽仄脚_上靈活組合和規(guī)模集成［1］。

根據(jù)研究領(lǐng)域的不同，微流控芯片實(shí)驗(yàn)室可簡單劃分為微流控芯片化學(xué)實(shí)驗(yàn)室、微流控芯片生物實(shí)驗(yàn)室、微流控芯片光學(xué)實(shí)驗(yàn)室以及微流控芯片信息實(shí)驗(yàn)室等，其中，最早形成的是微流控芯片化學(xué)實(shí)驗(yàn)室中的微流控芯片分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)室。分析化學(xué)是微流控芯片最早最直接的應(yīng)用領(lǐng)域之一，微流控芯片分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建和完善是21世紀(jì)前20年分析化學(xué)發(fā)展的一個主流趨勢［2］。

1彳微流才空芯片相關(guān)技術(shù)

1.1彳微流體控制及驅(qū)動技術(shù)

微流空芯片中流體的操控尺度在微米量級，介于宏觀尺度和納米尺度之間，這種尺度下流體運(yùn)動顯示出二重性。一方面，微米尺度仍然遠(yuǎn)大于通常意義上分子的平均自由程，因此，對于其中的流體而言，連續(xù)介質(zhì)定理成立，連續(xù)性方程可用，電滲和電泳淌度與尺寸無關(guān)。另一方面，相對于宏觀尺度，微米尺度上的慣性力影響減小，黏性力影響增大，雷諾數(shù)變?。ㄍǔＴ?0-6-101之間），層流特點(diǎn)明顯，傳質(zhì)過程從以對流為主轉(zhuǎn)為以擴(kuò)散為主，并且面體比增加，黏性力、表面張力及換熱等表面作用增強(qiáng)，邊緣效應(yīng)增大，三維效應(yīng)不可忽略。與此同時，微米尺度和納米尺度又有很多重要的區(qū)別。在納米尺度下，物體的尺寸和分子平均自由程相近，因此電泳淌度變得和橫截面尺寸有關(guān)，偶電層電荷重疊，電滲減少，進(jìn)而影響到給予流體的動量。此外，空間的壓縮會改變大分子的形狀，大分子的淌度也將受到非平面流速矢量場的影響，最終導(dǎo)致對流體的控制相對困難［3］。

1.2分離技術(shù)

分離是微流空芯片樣品分析的重要一步。芯片中分離毛細(xì)管槽負(fù)載了大部分外加電壓，其場強(qiáng)多在200-500V/cm之間，因此在設(shè)計(jì)時應(yīng)盡量設(shè)法降T氐負(fù)載電壓［4］。為了提高分離的效率，微流空芯片中使用了許多方法，如Kutter根據(jù)HPLC中梯度洗脫的方法，設(shè)計(jì)了兩個緩沖液池，內(nèi)裝不同極性的緩沖液，以不同的體積比混合緩沖液，再以此混合液作樣品的支持電解質(zhì)，實(shí)驗(yàn)表明效果較好，分離時間小于1min［5］。

1.3彳微液滴技術(shù)

微液滴操控包括微液滴生成和微液滴驅(qū)動，按生成方式可以將操控微液滴的方法分為兩大類。一類是被動法，即通過對微通道結(jié)構(gòu)的特別設(shè)計(jì)使液流局部產(chǎn)生速度梯度來對微液滴進(jìn)彳亍操控，主要為多相流法［6］。該法的主要特點(diǎn)是可以快速批量生成微液滴；另一類是主動法，即通過電場力、熱能量等外力使液流局部產(chǎn)生能量梯度來對微液滴進(jìn)彳亍操控，主要包括電潤濕法［7］、介電電泳法［8］、氣動法［9］和熱毛細(xì)管法［10］。該法的主要特點(diǎn)是可以對單個微液滴的操控。與傳統(tǒng)連續(xù)流系統(tǒng)相比［11］，離散化微液滴系統(tǒng)有一系列潛在優(yōu)勢，如消耗樣品和試劑量更少，混合速度更快，不易造成交叉污染，易于操控等。

1.4檢測技術(shù)

分離物的高靈敏度檢測對于微流控芯片有著重要意義。目前，微流控芯片的

檢測方法大體上可以分為3類：光學(xué)檢測、電化學(xué)檢測及質(zhì)譜學(xué)檢測。

紫外吸收檢測法［12］是一種常規(guī)光學(xué)檢測法，相應(yīng)的檢測器已經(jīng)趨于成熟，但由于芯片的通道小、靈敏度不高，因此該方法已經(jīng)不能夠滿足對低濃度和極微量樣品分析的要求。激光誘導(dǎo)熒光檢測是所有熒光檢測中靈敏度最高的一種方法。多數(shù)情況下其檢測下限可達(dá)10-10—10-12mol/L，所以該方法得到了廣泛的應(yīng)用。

電化學(xué)檢測［13］有安培法、電導(dǎo)法和電位法3種基本模式，其中安培法是應(yīng)用最普遍的一種方法。其基本原理是：測量化合物在電極表面受到氧化或還原反應(yīng)時，會失去或得到電子，產(chǎn)生與分析物濃度成正比的電極電流，通過測量微通道中的電流即可得到溶液濃度的變化情況。電化學(xué)檢測的靈敏度可以與熒光檢測相媲美，同時，因?yàn)槲㈦姌O可以加工到芯片上，因此更適合于微芯片的檢測。

質(zhì)譜檢測［14］的原理是根據(jù)分子質(zhì)荷比的不同而達(dá)到檢測的目的。其最大優(yōu)點(diǎn)是能夠提供分子空間結(jié)構(gòu)信息，因此在生物大分子（如蛋白質(zhì)）的結(jié)構(gòu)研究方面具有獨(dú)到之處。但因?yàn)橘|(zhì)譜檢測系統(tǒng)本身比芯片還要大，所以也很難實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)的微型化。單一的檢測方法將很難完成全部檢測任務(wù)，因此應(yīng)對多種檢測方法的聯(lián)合使用及新的檢測方法進(jìn)彳亍研究。

2微流控芯片的應(yīng)用

2.1微流控芯片在蛋白質(zhì)研究中的應(yīng)用

在蛋白質(zhì)分析技術(shù)中，蛋白質(zhì)芯片是一種高通量、微型化和自動化的新型分析手段。目前蛋白質(zhì)芯片主要分兩種：一種類似于芯片，即在固相支持物表面高密度排列的探針蛋白點(diǎn)陣，可特異地捕獲樣品中的靶蛋白，然后通過檢測器對靶蛋白進(jìn)彳亍定性或定量分析；另一種就是微流控電泳芯片，通過在玻璃片或硅片上設(shè)置各種微泵、微閥、微電泳以及微流路，可將生化實(shí)驗(yàn)室的分析功能濃縮固化在蛋白質(zhì)芯片上，然后在電場作用下，樣品中的蛋白質(zhì)通過芯片上的孔道分離開來，經(jīng)噴霧直接進(jìn)入質(zhì)譜儀中進(jìn)彳亍檢測，以確定樣品中蛋白質(zhì)的分子量及種類。蛋白質(zhì)芯片將為生物化學(xué)和分子生物學(xué)提供強(qiáng)有力的分析工具。相對于DNA芯片，蛋白質(zhì)芯片的研究進(jìn)展顯得相對滯后，主要原因是［15］：（1）芯片材料表面的修飾方法尚不成熟；（2）樣品制備和標(biāo)記操作過于繁瑣；（3）信號檢測靈敏度低，如低拷貝蛋白質(zhì)的檢測和難溶蛋白的檢測精度更加難以保證，因此需要研制和開發(fā)高度集成化樣品制備及檢測儀器。這些問題不僅為蛋白質(zhì)芯片技術(shù)增加了難度，同時也是蛋白質(zhì)芯片能否從實(shí)驗(yàn)室推向臨床應(yīng)用的關(guān)鍵所在。

Clemmens等人［16］制作出一種具有螺旋形通道網(wǎng)絡(luò)的微流控芯片，可使微管沿著覆蓋有驅(qū)動蛋白的螺旋軌道運(yùn)動并對其進(jìn)彳亍實(shí)時監(jiān)測和濃縮，稱之為動力蛋白“繞彳亍”。在細(xì)胞中，動力蛋白在物質(zhì)運(yùn)輸及細(xì)胞組分構(gòu)建等方面起著十分關(guān)鍵的作用。活性生物運(yùn)輸分子如驅(qū)動蛋白不僅被用在細(xì)胞體系中運(yùn)輸納米尺度的物質(zhì)顆粒，而且還可用于組裝及定位細(xì)胞結(jié)構(gòu)，它利用ATP水解所釋放的能量沿著微管向其正極運(yùn)輸小泡。因此，掌握并控制這些動力蛋白的運(yùn)動情況對于構(gòu)建生物納米材料是十分重要的。Clemmens等［17］在微通道上覆蓋了一層驅(qū)動蛋白，并在蛋白溶液中加入ATP,因此用熒光標(biāo)記的微管可在驅(qū)動蛋白的作用下，利用ATP水解所釋放出的能量沿著軌道滑彳亍。由于控制動力蛋白的運(yùn)動十分關(guān)鍵，因此必須設(shè)計(jì)出最為適合的軌道。他們首先設(shè)計(jì)了種不同形狀的通道網(wǎng)絡(luò)即十字交叉形、三角交叉形以及螺旋形。結(jié)果表明，微管在前兩種軌道中運(yùn)動時會陷于拐角處而無法持續(xù)前彳??；而在螺旋形軌道中，微管能夠一直沿著通道運(yùn)動并最終濃縮聚集于螺旋中央。

微流控裝置的用途廣泛，但目前流彳亍的微流控裝置最大的不足之處是它們需要大量輔助的外部設(shè)備，體積龐大且成本很高，這就極大地限制了它的應(yīng)用。Garcia等［18］研制出一種全新的微流控裝置，可以控制某種功能蛋白從脫水的無活性狀態(tài)恢復(fù)至其功能狀態(tài)。他們在微通道壁旁做了一個儲藏室，在體系封合之前，往該室中裝上濃縮的海藻糖及葡聚糖溶液，溶液中含有我們需要的化學(xué)試劑，如。-半乳糖苷酶。當(dāng)這種含有的。-半乳糖苷酶的糖溶液凝固以后，形成一種儲藏母體，然后將體系封合。這樣，半乳糖苷酶就處于脫水的無活性狀態(tài)。RBG作為。-半乳糖苷酶的底物，本身不發(fā)熒光，但是當(dāng)它被0-半乳糖苷酶分解后，所得產(chǎn)物為半乳糖和熒光染料試鹵靈。該分解反應(yīng)是一個一步完成的簡單酶促反應(yīng)，其動力學(xué)曲線符合米氏方程，因此可以通過檢測熒光強(qiáng)度來檢測酶活力。當(dāng)8.2mM的RBG溶液流過微通道并進(jìn)入穴中時，可使葡聚糖母體溶解并釋放出。-半乳糖苷酶。該酶在溶液中從脫水的無活性狀態(tài)轉(zhuǎn)化為活性狀態(tài)，并催化分解，生成熒光產(chǎn)物試鹵靈，通過檢測熒光強(qiáng)度可以測得半乳糖苷酶的活力。結(jié)果表明，在整個實(shí)驗(yàn)過程中，儲存室中的酶仍然保持著30%-50%的初始活力。酶活力之所以有如此大的浮動，可能源于所加酶溶液的體積不一致(150±75nL)。他們還比較了在其他條件相同的情況下，圓柱形與方形儲存室對酶活力的影響，結(jié)果表明，用圓柱形儲存室時酶活力較高，并且釋放平穩(wěn)，效果較佳。

2.2微流控芯片在細(xì)胞研究中的應(yīng)用

微流控芯片技術(shù)用于細(xì)胞培養(yǎng)及其生化分析已引起較廣泛的關(guān)注，如細(xì)胞操作，綠色熒光蛋白的表達(dá)，基因轉(zhuǎn)染，細(xì)胞活性測試，細(xì)胞分離，細(xì)胞內(nèi)鈣離子的測量，激素分泌監(jiān)測以及高通量的細(xì)胞含量分析等。自從Harrison等人［19］首次在微流控芯片上對細(xì)胞進(jìn)彳亍操縱及傳輸試驗(yàn)后，Yang等人［2。］用微流控芯片研究細(xì)胞群體的排列彳亍為，并用熒光檢測其攝取鈣離子的反應(yīng)情況。

微流控芯片技術(shù)在動物細(xì)胞的應(yīng)用研究非常廣泛，尤其是哺乳動物細(xì)胞。除上述的基本細(xì)胞培養(yǎng)以外.研究者還開展了大量基于微流控芯片的正常細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞操作、分析及其實(shí)踐應(yīng)用研究.包括細(xì)胞分類、細(xì)胞融合、單細(xì)胞捕獲與基因分析、細(xì)胞與微環(huán)境相互作用，細(xì)胞應(yīng)答(如細(xì)胞形變、細(xì)胞骨架重組、細(xì)胞內(nèi)蛋白分泌、及細(xì)胞趨化等)高通量藥物篩選等［21］。各種以細(xì)胞培養(yǎng)為基礎(chǔ)的微流控芯片應(yīng)用不斷涌現(xiàn)［22］.極大地提高了細(xì)胞分析效率。例如，Sugiura等［13］制備了一種平彳亍陣列式微腔細(xì)胞芯片，可同時開展7種抗腫瘤藥物對人宮頸癌Hela細(xì)胞的抗癌作用研究。

秦建華等［24］以臨床抗腫瘤藥物誘導(dǎo)肝癌(HepG2)細(xì)胞凋亡為模型，構(gòu)建了一種細(xì)胞水平高內(nèi)涵藥物篩選微流控芯片平臺，將細(xì)胞培養(yǎng)、藥物濃度梯度生成、細(xì)胞受激和響應(yīng)等過程完全集成在一塊只有幾平方厘米大小的芯片上完成。一次運(yùn)彳亍可同時產(chǎn)生64種藥物作用條件并可獲得192個細(xì)胞響應(yīng)結(jié)果.利用該芯片同時分析了藥物作用后細(xì)胞線粒體膜電勢、細(xì)胞核、細(xì)胞膜以及胞內(nèi)氧化.還原狀態(tài)的變化.結(jié)果顯示，不同藥物誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡呈現(xiàn)不同的劑量效應(yīng).該工作充分地體現(xiàn)了微流控芯片將多種單元技術(shù)靈活組合和規(guī)模集成的特點(diǎn)，與傳統(tǒng)的多孔板技術(shù)相比，省去了酉己制和分酉己多種藥物不同濃度溶液的繁冗操作，大大簡化了細(xì)胞接種、受激、洗滌和標(biāo)記操作過程，顯著降低了細(xì)胞和試劑耗量。

實(shí)現(xiàn)單細(xì)胞檢測是微流控芯片在細(xì)胞研究中的發(fā)展方向。進(jìn)彳亍單細(xì)胞胞內(nèi)組分分析一般有兩種方式：一種是將細(xì)胞溶膜后結(jié)合電泳分離檢測細(xì)胞組分；另一種是用刺激劑或不同濃度梯度的溶液對完整細(xì)胞進(jìn)彳亍刺激，使細(xì)胞釋放出胞內(nèi)組分，從而實(shí)現(xiàn)無損檢測（多用于離子通道研究）。由于單細(xì)胞組分分析的目的與細(xì)胞計(jì)數(shù)不同，因此單細(xì)胞組分分析時，更多采取了比上述方法或更簡便直接的方法來操縱細(xì)胞，如電壓、液壓控制，或兩者的結(jié)合［23］。Wheeler等［24］通過多層軟刻蝕技術(shù)用聚二甲基硅氧烷（PDMS）制造了多層微流控芯片，用來分析單細(xì)胞。T氐雷諾數(shù)的細(xì)胞懸液由T型通道頂部流向底部，向左右分成兩股液流，在交點(diǎn)處出現(xiàn)靜止點(diǎn)，在此刻蝕超微型隔離室，單個細(xì)胞落入隔離室后，而受隔離室體積的限制其他細(xì)胞不能進(jìn)入，可從細(xì)胞懸液中迅速分離出單個細(xì)胞。隔離室左上側(cè)為試劑R通道，左側(cè)為緩沖溶液（SB）通道，通過一系列泵、閥控制，微體積的試劑被精確地引入隔離室，與細(xì)胞組分反應(yīng)。他們在這個裝置上進(jìn)彳亍了細(xì)胞內(nèi)的Ca2+離子流實(shí)驗(yàn)，將衍生試劑、刺激劑相繼灌注到微室中，細(xì)胞在受到刺激后釋放出被熒光標(biāo)記的，然后進(jìn)彳亍激光誘導(dǎo)熒光（LIF）檢測。

2.3微流控芯片在DNA分析及測序中的應(yīng)用

（1）DNA分析

微流控芯片可用于迅速分離DNA限制性片段PCR產(chǎn)物，比常規(guī)的毛細(xì)管電泳分離要快得多。把PCR擴(kuò)增反應(yīng)縮微集成到硅芯片上，0珠蛋白目的基因進(jìn)15min的擴(kuò)增，然后僅用2min就可完成PCR產(chǎn)物的分離，整個分析過程不到20min。沙門菌基因組DNA的PCR產(chǎn)物可在45min內(nèi)分離，不需人工轉(zhuǎn)移其產(chǎn)物，而且可實(shí)時控制PCR的擴(kuò)增。簡并寡核苷酸引物PCR擴(kuò)增人基因組DNA，產(chǎn)物小于25bp時，可引入芯片用于進(jìn)一步雜交點(diǎn)突變、多組分的PCR分析。Larry等［25］設(shè)計(jì)混合樣品多PCR產(chǎn)物電泳芯片分離，可同時分析10個以上PCR反應(yīng)產(chǎn)物，尤其適用于基因作圖分析，以及遺傳性疾病診斷。在微流控芯片上觀察熒光標(biāo)記DNA的重復(fù)三聯(lián)體序列，分離速度是常規(guī)毛細(xì)管電泳的十幾倍。

林炳承課題組以大量的臨床實(shí)際樣品為對象，以病原體基因檢測、基因分型和基因突變檢測為基本途徑，驗(yàn)證了微流控芯片進(jìn)彳亍基因診斷和遺傳多態(tài)性分析的可彳亍性。開展了嚴(yán)重急性呼吸系統(tǒng)綜合征（SARS）病毒［26］、高血壓易感基因［27］以及腫瘤相關(guān)基因（P16基因）甲基化［28］等臨床樣品的規(guī)模檢測。利用自行研制的微流控芯片系統(tǒng)，結(jié)合逆轉(zhuǎn)錄多重PCR擴(kuò)增反應(yīng)，完成了對18例疑似SARS患者咽拭子樣品的檢測。將微流控芯片技術(shù)與PCR一限制性片段長度多態(tài)性(RFLP)方法聯(lián)用，完成了對123例原發(fā)性高血壓患者和103例對照人群血管緊張素原(AGT)基因核心啟動子區(qū)(-6A/G)的基因多態(tài)性分析，并對兩組人群ACT基因的基因型及等位基因頻率分布進(jìn)彳亍比較，完成了對93例不同腫瘤患者和66例對照人群P16基因的甲基化檢測和大量臨床疑診樣品多種病原體基因(結(jié)核桿菌、乙型肝炎病毒和丙型肝炎病毒)的快速檢測.同時，結(jié)合序列特異性引物分析(SSP)開展了對疑似強(qiáng)直性脊椎炎樣品白細(xì)胞相關(guān)抗原(HLA-B27)基因等的相關(guān)測定，以及不同組織巖藻糖基轉(zhuǎn)移酶基因表達(dá)研究等工作。

(2)DNA測序

用微流控芯片四色標(biāo)記法測序，可在540s分離個150堿基，準(zhǔn)確率在70%以上［29］。常規(guī)DNA測序需要制備微升級的樣品，試劑消耗量大，將納升級的樣品制備系統(tǒng)縮微到芯片上進(jìn)彳亍測序，可在分離前除去多余的引物、鹽份、核苷酸等，所用測序體積是Sanger雙脫氧鏈終止法的1/300，測序成本明顯降低，而且可進(jìn)彳亍固相測序。

2.4微流控芯片在仿生研究中的應(yīng)用

沿著仿生模擬的研究方向和思路，使得微流控芯片技術(shù)對于細(xì)胞與微環(huán)境時空控制方面的能力在動物細(xì)胞生物相關(guān)性研究中得到了充分的展示。Ho等［30］設(shè)計(jì)制備了一種細(xì)胞捕獲芯片，可以通過芯片底層同心電極陣列的電場誘導(dǎo)實(shí)現(xiàn)肝細(xì)胞在微腔內(nèi)的輻射式串珠狀排列，然后將人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞灌注人間隙，用以模擬肝臟組織。該研究證實(shí)了體外重建肝小葉的可能性。Liu等［31］采用集成微流控芯片技術(shù)構(gòu)建了一種用于細(xì)胞與微環(huán)境相互作用動態(tài)研究的芯片系統(tǒng)。該芯片采用多層軟光刻技術(shù)制備，通過氣動微閥控制液流、細(xì)胞以及細(xì)胞微環(huán)境，可開展多種微環(huán)境模式的細(xì)胞刺激應(yīng)答研究。該研究實(shí)現(xiàn)了在芯片內(nèi)表面處理、細(xì)胞定位裝載以及異型細(xì)胞共培養(yǎng)等連續(xù)化實(shí)驗(yàn)操作。并開展了針對腫瘤細(xì)胞

(HepG2肝癌細(xì)胞)與基質(zhì)細(xì)胞(3T3成纖維細(xì)胞)相互作用的動態(tài)系列化操作與分析研究。

李偉萱等人［32］針對體外環(huán)境對受精和胚胎發(fā)育的影響，現(xiàn)有人工輔助生殖技術(shù)存在受精成功率低和胎兒出生后風(fēng)險(xiǎn)高的問題，發(fā)展了一種微流控芯片子宮，芯片包含3層結(jié)構(gòu)，頂層和底層為PDMS而中間層為多孔PC膜，芯片頂層含有寬500Mm，高110〃m蜿蜒形通道，通道中交錯分布一系列用于捕獲卵細(xì)胞的弧形篩網(wǎng)，篩網(wǎng)直徑150Mm，由6根直徑35Mm的微柱圍成。芯片底層含有4個平彳亍的矩形通道(6mmX3mmx110mm)，兩端與共同的入口和出口連接。通道底面具有4x3微柱陣列用于支撐PC膜。通過使用子宮內(nèi)膜細(xì)胞-胚胎共培養(yǎng)以及連續(xù)灌流方式細(xì)致模擬子宮環(huán)境以促進(jìn)胚胎生成。利用上述芯片子宮，完成了排卵、受精、著床以及胚胎發(fā)生等一系列實(shí)驗(yàn)過程。芯片子宮不僅操作簡便，還可以獲得較之傳統(tǒng)方法更高的胚胎形成率。

3展望

自20世紀(jì)90年代以來，微流控芯片技術(shù)的出現(xiàn)極大地促進(jìn)了微型化操作與分析研究方法的發(fā)展。微流控芯片是通過在芯片上加工出微型通道和其他的功能單元，實(shí)現(xiàn)樣品的進(jìn)樣、反應(yīng)、分離和檢測等過程。它是一種多功能快速、高效、試樣用量少的微型實(shí)驗(yàn)裝置，其最終目標(biāo)是建立微全分析系統(tǒng)(〃-TAS)或縮微芯片實(shí)驗(yàn)室(labonachip)。微流控芯片在生命科學(xué)研究領(lǐng)域的廣泛滲透，在很大程度上提高了人們對生物個體及其自身的微觀認(rèn)識?；谖⒘骺匦酒募?xì)胞分析，促進(jìn)了該技術(shù)在生命科學(xué)及其相關(guān)研究領(lǐng)域的應(yīng)用，尤其在活細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能相關(guān)生命活動分析，及人類生活實(shí)踐密切相關(guān)的應(yīng)用分析研究。

采用大規(guī)模陣列化集成細(xì)胞芯片技術(shù)實(shí)現(xiàn)的快速、高通量藥物毒性分析與篩選，有望解決一直困擾制藥業(yè)領(lǐng)域新藥研發(fā)周期長的難題；同時，各種環(huán)境污染物監(jiān)測芯片和臨床診斷芯片的問世，為進(jìn)一步改善和提高人類自身健康及其生活環(huán)境提供了可能。子宮芯片的出現(xiàn)，可以讓我們嘗試研究出肝臟芯片、心臟芯片等等人體器官芯片，可用于模擬體內(nèi)的藥物篩選，節(jié)省人力物力和時間，更甚者，將器官芯片發(fā)展得成熟和理想之后，可以進(jìn)彳亍體內(nèi)移植。

盡管目前的微流控芯片技術(shù)可以完成高度時間與空間控制性細(xì)胞操作分析，但其實(shí)現(xiàn)的細(xì)胞生長環(huán)境距離實(shí)際的體內(nèi)細(xì)胞微環(huán)境還相差甚遠(yuǎn)。假若微流控芯片系統(tǒng)能夠構(gòu)建出完整的細(xì)胞培養(yǎng)環(huán)境，它將很可能取代傳統(tǒng)細(xì)胞培養(yǎng)和動物研究模式，真正成為新一代的細(xì)胞生命研究平臺。

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