微流控芯片實驗室

摘要：以作者所在課題組近年來的研究工作為基礎，就芯片實驗室平臺建設及相應的以系統生物學為最終目標的功能化研究作一說明，對在分子和細胞層面，甚至是單分子、單細胞水平上實現以規模集成為特征的臨床診斷和藥物篩選的努力予以特別的關注。

微流控芯片實驗室又稱芯片實驗室（lab-on-a-chip）或微流控芯片（microfluidicchip），指的是把生物和化學等領域中所涉及的樣品制備、反應、分離、檢測等基本操作單元集成或基本集成到一塊幾平方厘米（甚至更小）的芯片上，由微通道形成網絡，以可控流體貫穿整個系統。

用以取代常規生物或化學實驗室的各種功能的一種技術。微流控芯片實驗室的基本特征和最大優勢是多種單元技術在微小平臺上的靈活組合和大規模集成，高通量是大規模集成的一種形式。

微流控芯片實驗室以微流控技術為基礎，它有別于另一類以靜態親和雜交技術為核心的微孔板芯片，后者通常被國內的大眾媒體稱之為“生物芯片”，以脫氧核糖核酸（DNA）芯片為典型代表，不在本文所討論的范圍之內。

在一段時期的學術刊物中，微全分析系統（μ-TAS）往往和微流控芯片實驗室混用。事實上，較之微全分析系統，微流控芯片實驗室的外延更寬，內涵更為豐富。微流控芯片實驗室的最早期形式是芯片毛細管電泳，芯片毛細管電泳至今仍是芯片實驗室中分離部分的主體。

微流控芯片實驗室是微納米技術的重要組成部分，也是系統生物學研究的主要技術平臺之一，有重大應用前景，尚未真正產業化。2004年9月美國Business2.0雜志的封面文章稱，芯片實驗室是“改變未來的七種技術”之一。

芯片實驗室所具有的多種單元技術靈活組合和大規模集成的特點，使之不僅能以極少量的樣品獲得極大的信息量，更有可能超越單一的分析功能，而以一個整體微型多元操作平臺的姿態直面市場。

市場化對微流控芯片實驗室的基本要求是它的功能化。功能化分通用型和專用型兩類，按照目前的理解，一個功能化芯片實驗室系統應包括芯片分析器、芯片及試劑盒等3個部分，試劑盒內包含有實現芯片功能化的方法和材料。

國內外已有很多研究小組在微流控芯片領域做了許多出色的工作，但限于篇幅，又為避免掛一漏萬，本文僅擬以作者所在課題組近年來的研究工作為基礎，就芯片實驗室平臺建設及相應的以系統生物學為最終目標的功能化研究作一說明，對在分子和細胞層面，甚至是單分子、單細胞水平上實現以不同操作單元規模集成為特征的臨床診斷和藥物篩選的努力予以特別的關注。