高通量生物分析技术之微流控芯片

高通量生物分析技术是指同时对一个样品中的多个指标或者对多个样品中的一个指标同步进行并行分析，以在最短的时间内获得最多的生物信息的新型分析技术。微流控芯片是高通量生物分析技术的一种，主要包括PCR芯片、流式芯片、毛细管电泳芯片、微电子芯片、色谱芯片及各类样品制备芯片等，目前已广泛应用于生物医学领域中。美迪西生物分析部提供全面符合FDA/CFDA GLP的生物分析服务，以支持小分子药物、大分子药物、生物技术药物、疫苗和生物标记物的筛选与开发，及其临床前研究和临床研究。
微流控芯片作为高通量生物分析技术的一种，在生物医学中的应用主要有以下几项。
1、核酸分析
微流控芯片可用于核酸的扩增、分离及测序。研究人员提出了连续流动式微流控PCR扩增芯片，反应溶液循环流经不同的温区完成PCR扩增反应，整个扩增反应全部在流动中完成，展示了微全分析系统在试样处理方面的潜力。人们还利用微流控芯片技术开展了基因表达、基因突变性、基因功能和单核苷酸基因多态性等的研究，取得了丰硕成果。
2、肽和蛋白质分析
目前蛋白组分析主要是将蛋白质大分子降解为肽，再通过分析肽谱以及进行肽链的测序加以实现。利用等电聚焦毛细管电泳芯片技术，以Cy5标记肽，对细胞色素c、核糖核酸酶A和肌红蛋白等9种蛋白质混合物进行分离检测，5min即完成了整个分析过程。
3、氨基酸分析
微流控芯片技术在氨基酸分析中的应用较为广泛，有研究者设计了一种循环柱切换的微流控芯片，微通道表面用线聚丙烯酰胺衍生化，以nTc标记氨基酸，取得了良好的分离测定效果。此外还可以在硼硅玻璃电泳芯片上，以一环糊精作手性添加剂，对氨基酸样品进行了手性拆分分析。对进样储液池加以改进，制成连续换样流通式储液进行装置，实现了微流控芯片对氨基酸的高通量分析。
4、细胞分析
微控芯片通道宽度一般为10~50μm，和生物细胞大小相当，生物细胞在微通道内非常容易操纵、观察和检测，因此，以微流控芯片进行单细胞研究具有独特的优越性。
在玻璃芯片通道中，用介电泳力和重力场流分级分离细胞，垂直方向受到向下重力和向上介电泳力的作用而得到分离；以化学消解法在线消解大肠杆菌细胞膜，胞内成分半乳糖苷酶释放出来，以荧光法检测之；通过竞争反应对单个胰岛释放出的胰岛素进行了免疫分析等。
5、药物分析与筛选
药物的分析与筛选是微流控芯片另一个可发挥重要作用的领域。有研究者利用免疫法测定了血清中治疗哮喘药物茶碱，他们将含有未标记的药物和已知数量的荧光标记的药物及药物抗体混合，分离检测药物及药物与抗体的复合物，分离分析时间仅40s。
还可以利用微流控芯片技术微型、集成化的特点，把一些反应器及通道微型化、阵列化，同时实现了样品前处理和分离，研制了一种动态的高通量药物筛选平台，在很短的时间内完成成千上万个药物和生物靶标的作用鉴定，建立了一种基于分子水平的更适于药物筛选的技术体系。
6、免疫分析
免疫分析是一种判断和测定溶液中蛋白质存在与否及浓度大小的特异性方法，因其具有高度的选择性，该法已成为目前临床诊断、生物医学等的重要工具。采用微流控芯片法进行免疫分析，他们在微通道中集成微免疫反应器，免疫产物以电泳分离、荧光检测，分别测定了卵白蛋白及抗雌二醇的含量。还可以在微通道中构筑了一道围堰，用来挡住结合抗体的聚苯乙烯微珠，血清中癌胚抗原和抗体结合，再以标记了胶状金的免疫球蛋白结合，热透镜检测，和ELISA法对比，分析时间从45h减少到35min。
7、酶分析
分析具有特异性高、反应条件温和及反应速度快等优点，也是目前临床诊断和生物医学等的重要工具。在多分支的微流控芯片上，用乙酰胆碱酯酶测定乙酰胆碱酯酶抑制剂的含量。乙酰胆碱酯酶催化乙酰胆碱水解生成胆碱，胆碱与荧光衍生剂结合产生荧光，激光诱导荧光检测器检测，分析时间仅为70s。
在微流控芯片上刻蚀了容积为6.5m的反应器，填人固化乳酸氧化酶的多孔玻珠，形成酶反应器，测定了血清样品中的乳酸酶。微流控芯片法分析酶，将有力地推动临床诊断和酶的基础研究。
8、单分子检测
在玻璃微流控芯片上，利用聚焦分子流，以单分子荧光激发计数作为检测手段，实现了ds-DNA片断的单分子分离检测，为微流控芯片在单分子检测中的应用开辟了先河。
单分子检测方面的研究目前虽然较少，但可以相信，随着微流控芯片技术的日臻完善，该领域将会受到越来越多的关注。
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审核编辑 黄宇