方群：在微流控领域掌握自主知识产权

　　【导语】提起中国的微流控芯片研究，就会想到方肇伦院士创建的浙江大学微分析系统研究所，这是国内最早从事微流控芯片研究的单位之一。十年来，该所历经艰辛取得了很多成果，探索出了一条有中国特色的微流控分析自主研发之路。在第六届微全分析大会上，分析测试百科网（www.antpedia.com ）的记者非常有幸采访到该所现任所长方群教授，他将同我们分享他们的研究探索历程，并向我们描绘微流控分析的广阔前景……

　　

　　微流控起源三部曲：从μTAS到Lab-on-a-chip再到Microfluidics

　　“我很愿意去了解微流控芯片的起源。”在谈研究所的工作之前，方群教授首先用讲故事的方式回顾了微流控芯片发展的历史，对于我们了解科学灵感的产生有很多启发。

　　最初这个领域并不叫微流控芯片，而应该叫微全分析系统，创始人一般认为是Manz教授，当时他在瑞士Ciba –Geigy公司的研究所工作。他最初的想法是把微机电加工（MEMS）技术用到分析化学中，把分析仪器做成传感器芯片样式，可以直接插入样品溶液获得分析结果，而进行分析所需的复杂的样品前处理、反应、检测单元则集成加工于芯片中。报道这一概念的论文发表于1990年。那时把这样的系统叫做：Miniaturized total analysis systems，或简称为μTAS或MicroTAS，中文翻译为微全分析系统。1992-1993年Manz等在微芯片上实现了高速毛细管电泳操作，成果发表在《Science》等杂志上。由此这个领域开始慢慢热起来。此外，加拿大的Harrison教授、荷兰的Van den Berg教授、美国的Ramsey和Mathies教授等，也对促进微全分析系统领域的早期发展和普及起到了重要作用。1994年第一届国际微全分析系统（μTAS）会议在荷兰举办。这个会以后定期举办，成为这个领域最权威的国际学术论坛。10月份我们刚去荷兰参加了第14届MicroTAS会议，这次仅到会就有1500多人。这些人来自多个学科，包括化学、物理、生物、医学、生物医学工程、药学等，充分体现了高度交叉的学科特点。

　　2007年，Manz教授曾访问过浙江大学微分析系统研究所，我曾经问过他，微全分析系统的灵感是从哪里来的。Manz教授介绍，他在做博士研究生的课题时，导师交给他的一个任务是让他在装有液体的毛细管里插入一根微电极。当时他做得很辛苦，因为把一根电极插入数百微米内径的毛细管并不容易。博士毕业后他有机会到日立公司的研究所做博士后，看到其他人在使用MEMS技术。由此想到使用MEMS技术，可以在一块平板上加工一个微电极，在另一块板上加工一个供液流流动的微通道，在电极与通道相互垂直的条件下将两块平板封合，电极就自然与微通道内的液流接触了，这样就不需把电极插入毛细管的繁琐操作了。在此基础上，他又设想把MEMS的技术应用到分析化学中，在一个很微小的芯片中完成复杂的分析操作，而其外观则类似传感器的探头样式，即插即出结果。1990年，他把这样一个想法写成论文，发表在Sensors and Actuators B-Chemical上（1990, 1, 244）。这篇介绍新概念的文章目前的引用率已超过1100次。

　　九十年代中期，有人给这个领域起了一个新名字叫Lab-on-a-chip（芯片实验室），这个名字比微全分析系统更形象，更容易理解，涵盖范围也更广，因此对该领域的普及和推广发挥了重要作用。2001年英国皇家化学会推出了《Lab-on-a-chip》期刊，影响因子从最初的2快速增长到现在的6.3，体现了这个领域的快速发展。

　　几乎在同期，又出现了Microfluidic chip和Microfluidics的叫法，其中文译名由方肇伦院士给出，称为微流控芯片和微流控学。现在我们更多的是使用微流控芯片和微流控学的名字。首先，随着微流控研究在这十几年间的迅猛发展，其涉及的范围已经远远超出Manz教授当时的设想，它的领域已从分析化学、化学领域拓展到生物、医学、药学、物理学、计算机学等非常广泛的领域。显然“微全分析系统”的叫法已经不能涵盖这个领域了。后来科学家们又发现，微流控体系不一定必须在芯片（Chip）上实现，在毛细管里或其它微型化的设备里也可以实现。所以人们把它最核心的部分提炼出来，即微流体的操纵和控制，其相关学科即称之为微流控学。哈佛大学的Whitesides教授2006年在《Nature》杂志发表文章，给出了这门学科的一个定义：微流控学是在数十至数百微米尺度通道系统内处理和操纵微量（10^–9 至 10^–18 升）流体的科学和技术（Nature, 2006, 442, 368）。方肇伦院士也给出了一个简明的定义，微流控学是在微米级结构中操控纳升至皮升体积流体的技术与科学。

　  浙江大学微分析系统研究所

　　研究所的创始人 方肇伦院士

　　 “方肇伦院士很早就关注微全分析系统这个方向，1995年以前他就拿Manz的文献给我们看。在Manz发表的最初几篇文章中有关于微型化流动注射分析系统的内容。当时方先生（注：方肇伦院士）是国际流动注射分析方面的专家，所以他非常关心这方面的文献进展。我们当时看到那篇文献虽然很感兴趣，但觉得实现起来太困难，它是好多层硅片叠在一起的结构，需要使用MEMS技术加工。但那时，方先生已经开始让他的研究生尝试进行玻璃片的封接实验了。　　

　　1995年方先生去英国开会的时候，他曾经跟Manz所在瑞士Ciba-Geigy公司研究所的所长Widmer教授（与Manz共同发表微全分析系统早期的论文）联系访问该研究所，虽然后来因Widmer教授因病去世，这次访问未能成行，但方先生从事此方向研究的想法愈加坚定。他在1996年调入东北大学化学系工作后，就开始着手正式组建从事微全分析系统研究的课题组。开始起步阶段的研究非常艰苦。比如为了找到玻璃芯片高温封接的温度条件，做了大量的实验。玻璃封接时温度要准，高了低了都不行，一定要某一个区段的温度才可能封接好，现在我们都知道，这个温度段是580~620℃，但当时还不清楚。因为超过这个温度，玻璃就软了、塌了，我那时经常看到他的研究生捧着一盘子软化的玻璃片，大部分实验都失败了。1998年，限于当时研究经费不足和国内微流控芯片加工技术尚处于起步阶段等原因，方先生课题组提出一种不需要光刻技术、制作方便、成本低廉的简易芯片加工方法，称为“H通道型微流控芯片”，并利用该芯片进行了大量的微流控基础研究工作，包括微流控分析自动进样、液芯波导荧光检测、生物样品自动分离分析等。

　　1999年底，为加速开展微流控芯片的研究，充分利用多学科交叉的优势，方先生到浙江大学兼职工作，创立了以微流控分析系统为研究目标的专门化研究所——浙江大学微分析系统研究所，并任首任所长。方先生认定这个方向今后一定会大有发展。从那时开始，十年多来我们就集中精力做微流控分析方面的研究工作。”

　　从方群教授的讲述里，我们听出了老一代科学家方肇伦院士的远见、理想和执着。事实上我们从各个渠道早已了解到，浙江大学微分析系统研究所十年来取得了多个重要成果，并探索出了一条有中国特色的微流控分析自主研发之路，在微流控芯片简易加工技术，微流控试样引入技术、微流控单细胞分析、微流控荧光和光度检测系统的微型化等方面，均取得了具有国际先进水平的研究成果。他们还研制了多种具有自主知识产权的微流控分析仪器装置或样机，为相关仪器的产业化创造了有利基础。

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　　瞄准前沿 发挥优势 原始创新

　　谈到浙江大学微分析系统研究所的成果，方群教授却先避开不谈，而是首先谈了研究所下一步的志向：“我们虽然取得了一些成果，但是感觉这些成果的影响力还不够大。2010年年初，所里举行了建所十周年所庆，总结了我们发的一些好文章、好成果；但我们还是觉得不够，我们总是想让自己做成的装置能够变成仪器，真正地让用户使用，能够很好地解决那些很难解决的实际问题。这样研究成果才能发挥更大的作用，这是今后我们研究所努力的一个重要方向。”

　　欲了解研究所的志向，必须要先了解他们取得的一些创新的研究成果。

　　研究工作1：微流控自动化试样引入

　　“我的研究组的主要方向是微流控自动化试样引入技术的研究。研究所成立之初，所里的老师们齐心协力、花了不到半年时间就取得了很快的进展，解决了很多基本问题，如玻璃芯片的封接、激光诱导荧光检测、多触点电泳高压电源等。接下来摆在我们面前的问题就是做什么方向的课题了。可当时看美国分析化学杂志（Anal. Chem.，是国际分析化学领域的顶级刊物）上有关微流控芯片方面的论文，头一期看到，刚有些新想法，下一期别人就已经做出来发表了。这种跟随非常累，因为别人有基础有积累，而我们基础比较薄弱。

　　所以我们就想找一个别人还没做的空白领域，看看当时的芯片毛细管电泳系统还存在什么问题，结果发现：当时的多数芯片系统一次只能做一个样品，如果换样品，操作会非常麻烦，要用移液器把样品吸出来，清洗，再把新样品放进去。我们就在芯片上做了一个上下打通的流通式试样引入通道，可以很方便地进行自动化的试样更换操作。这是2000年做的工作，2002年在Anal. Chem.上发表了文章。

　　后来我们就一直沿着这个方向走下去，进行了一系列系统的研究，比如不断地减少试样的消耗，提高试样引入的通量，实现引入操作自动化等。在此过程中，我们提出了“缺口管阵列”试样引入技术。在这个技术出现后，我们以此为出发点，研究全面铺开了，将这项技术应用于微流控流动注射分析、顺序注射分析、高速毛细管电泳、液液萃取、液滴分析等。”

　　

　　缺口管阵列试样引入系统

　　详见视频文件http://g2.antpedia.com/v/news_video/117024/v4.flv.html

　　为了让记者更好地理解什么是“缺口管”，方群教授拿出纸笔边画图边讲解，让记者一看就明白了。缺口管原来是在普通的PCR管底下，用小刀划出一个缺口，毛细管通过缺口进入管中溶液；因为缺口很小，管内溶液由于表面张力不会漏出来。毛细管连着芯片的通道，从缺口管这个地方滑过，就实现进样了。缺口管阵列试样引入技术由方群教授研究组首创，采用简单的系统和操作，即可实现以往采用复杂系统和操作才可完成的纳升级的试样引入，以及多个不同试样的快速切换，该技术可以用到很多微流控系统中。

　　“这之后我们形成了自己的特色，开始还将毛细管同芯片耦连在一起，后来发现微流控系统不一定非要用芯片，有时用毛细管也可以解决问题，也可以达到很高的分析通量。因此我们提出一个新的想法，作为对微流控芯片分析系统的有益补充，可以发展一类基于毛细管的微流控分析系统（Capillary-based microfluidic analysis system, CBMAS）。这些系统不需使用复杂昂贵的微加工设备，就可以在普通化学实验室基于毛细管构建；他们不需要芯片，但还保持微流体操纵和控制的核心，而其分析性能却有可能达到与微流控芯片系统相当的水平。”

　　当记者追问为什么他们会有这种创新的想法时，方教授说道：“我们建所之初，方院士就鼓励我们要发扬‘小米加步枪’的创业精神，要原创，还要发扬艰苦奋斗的作风。在经费和设备都没有国外多的情况下，我们必须比拼脑力，想一些简单、巧妙的方式解决一些麻烦的问题。”

　　“1998年我刚开始做微流控芯片毛细管电泳研究时，常想这样一个问题：为什么芯片比普通毛细管电泳好？比如毛细管通常是20~50 cm长，而芯片的分离通道很短，只有2~5 cm，但芯片却比毛细管的分离速度更快、分离效率更高，那么用短毛细管能不能达到芯片一样的效果？后来我和学生试过多次，毛细管确实很难达到芯片的效果。当用毛细管进样后从一个样品脱离后，会有一大滴液体残留在毛细管壁上，由于表面张力，这一大滴液体就会在瞬间被吸入毛细管通道内，一吸进去样品区带就好长，有几个纳升。而芯片毛细管电泳的进样量是皮升级的，只有这样才能获得高速高效的分离。所以，用短毛细管怎么也做不出芯片的性能。直到有一天我有个学生在做实验后给我放一段实验的录像，那个实验并不是为了研究进样，而是为了引入一段荧光染料物质进行浓缩。我看到录像后发现她使用的毛细管中的进样区带只有100 ~ 200 μm长，就立刻问她是怎么进样的？她当时还不知道原因，回去重复了实验告诉我，这是由毛细管在脱离样品时移动速度很慢造成的。过去我们常认为，毛细管经过缺口管，移动越快进样越少；而实验结果是移动越慢进样越少。后来我们观察到，移动越慢，虽然残留在毛细管侧壁的液体多，但残留在其端壁的液体越少，这样进样量就越少。从观察到这个现象开始，我们连续做了两年多，做了很多深入的研究工作，建立了皮升级的平移自发进样方法，发表了一篇文章，在优化的条件下分离氨基酸，最高的分离效率能到5,000,000 每米塔板数。这个性能已经超过了绝大多数芯片毛细管电泳系统。这是我们目前比较满意的一个工作。

　　讲到兴奋处，记者也深受其感染。因为外国公司或科学家早在2000年前就申请了关于芯片毛细管电泳的关键专利；而那时中国国内的微流控芯片研究还处于起步阶段。如果只是跟踪模仿，今后国内相关仪器的产业化就会有问题，很难躲过国外专利的覆盖和保护。方教授他们发明的这项技术，已申请了中国发明专利并获得了授权。采用这项具有自主知识产权的技术建立的电泳系统，结构简单、容易操作，成本较低，却可以获得满意的效果。将毛细管前端磨尖了，通过平移台控制毛细管移动速度和插入深度，就可以实现低于100 皮升的进样（注：通常的毛细管进样大概在纳升级别，比这项进样技术要高几十倍到上百倍），可以获得高速毛细管电泳的效果。同时缺口管的来源非常简单，可以用普通的PCR管，甚至两个玻璃片一夹就可以实现。方教授说“这是我们自己的知识产权，我们很想把这项技术进行产业化。” “我们掌握了几种专利技术：缺口管技术、毛细管平移自发进样技术，还有现在我们做的液滴组装技术。围绕毛细管，我们已可以构建很多类型的微流控系统，特点是：结构简单，成本低，应用广。这是我们目前研究的一个主要方向。” 笔者也衷心希望早日有有识之士能和方教授他们合作成功！

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　　研究工作2：高通量进样和分析筛选

　　方教授研究组的另一个方向，是做高通量低消耗的分析和筛选，这对于大规模筛选领域非常有意义。在许多筛选领域（如药物筛选），样品量很少，一些生化试剂也非常贵，减少耗样量、提高通量将大大降低筛选成本。比如现在的生物学研究很多依赖于筛选实验，筛选规模量级是上千、上万、上百万、甚至上亿级别的，所以对筛选速度要求非常高，同时样品消耗要少。

　　方教授正在进行的一项研究是，在前述缺口管阵列和毛细管技术基础上，通过自动化控制，在纳升尺度上可以实现超快速进样（最快可达6000个样品/小时），目标是实现高通量、低消耗的大规模筛选。对比来看，常规实验室操作液体的量级一般是毫升级；目前做高通量筛选的多孔板是微升到几百个纳升级；而在方教授研究组的微流控高通量筛选系统中，试样试剂的消耗量在纳升到皮升级，比现有技术降低数百到数千倍。这项研究将对化学、生物、医学、药学筛选都非常有价值，尤其对那些样品昂贵的筛选会更有意义。

　　关于为什么要进行高通量筛选，方教授也谈了自己的一些认识。在许多领域，尤其是生命科学领域，未知的东西很多，没有很成熟的理论来指导，很多研究要靠大量的筛选实验。高通量筛选正是这样兴起的，包括在药物研发、分子生物学、细胞生物学，甚至近年出现的合成生物学等领域，很多的研究活动都是基于高通量筛选实验来开展的。比如现今的药物研发，第一个阶段就是大规模筛选，化学合成上万个、几十万个化合物，再用这些化合物与靶标酶反应看能不能抑制它、或与靶标细胞反应看是不是对它有影响；如果有效果了，再基于这个结果做进一步的筛选。也就是说，靠理论不能完全指导药物的研究和合成。“我觉得，对一个未知性很强的领域，高通量筛选会是一种研究手段，而不简单是一个应用。在这个领域如果深入做下去，应该会有很大的潜力和发展空间，高通量筛选会成为科学研究的工具，而不仅仅是某个具体应用的工具。”

　　研究工作3：分子生物学实验室手边的工具——快速测定DNA纯度和含量

　　除了原创性研究，方群教授研究组已向产业化迈出了实质性的一步，最近他们开发了一个全集成微型化手持式光度计。大家知道，每个分子生物学实验室经常进行DNA、RNA或蛋白质的提取操作，提取出来马上要粗测一下它们的纯度和含量。检测方法是在两个紫外波长（260和280 nm）下测定吸光度。可以说，用于DNA/RNA/蛋白纯度和含量测定的紫外光度计是分子生物学实验室的必备工具。但是传统的紫外光度计用比色皿，耗样量大，对于样品珍贵稀少的场合来说并不适用，很多实验室只好把样品稀释，增大其体积后再测，但这样样品浓度降低了，可能导致仪器无法检出。近年来，国外多个厂家都在竞相推出超微量紫外光度计，包括Thermo Scientific的NanoDrop、GE的NanoVue、BioTek的Epoch、Shimadzu的BioSpec-nano等十余款，这些超微量紫外的最小耗样量在0.5 ~ 5 μL之间，重量在2 ~ 7 kg之间，且价格不菲。方群教授研究组开发的微型化手持光度计，耗样平均仅为300 nL，手持即可，并且价格低廉，简单易用。方教授形容说：“我们学校做分子生物学的老师很喜欢，觉得很方便。把光度计放在手边，像移液枪一样，一按红键，把微量样品吸进去就出结果。”

　　

全集成微型化手持式光度计

　　值得一提的是，这款小仪器是方群教授研究组耗时近5年开发的一台几乎成品的仪器，而不单单是一个实验装置。方教授说：“在把这台仪器微型化的过程中，我们发现最难的不是我们自己的那部分液芯波导长光程检测单元，而是把所有的外部设备，包括驱动泵、流通池、检测器、光源、仪器控制、数据处理和结果显示、独立电源等等，统统集成到这个小仪器中。现在这个小仪器已经包含了所有的部件，不需要计算机，里面有单片机；也不需外部电源，有个照相机的电池就能供电。”

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　　展望未来微流控研究的发展方向

　　谈到未来，方教授介绍了很多微流控系统的应用。比如：用于现场分析的POCT（Point of Care Testing）方法。

　　“我请教过很多做临床检验或流行病检测的朋友，我问他们‘现在你们很多情况下用试纸条的系统进行检测，那微型化仪器不就没有用武之地了么？’他们告诉我，目前的试纸条基本还是进行定性到半定量的分析，还不能完全给出定量的结果。而在某些领域必须要求定量化的指标，比如现场的心肌梗塞检测，以及突发性传染病的现场检测。这时很难在现场带一台分光光度计，如果有一种便携式的仪器，现场能给出准确的定量结果，就会非常有帮助。所以我们现在的研究方向之一是做定量化分析仪器的便携化，当然最终还需要经过法规的认可，这条路还很长。”

　　“在食品安全领域，如果能用基于微流控的技术实现现场分析仪器的微型化，比如在田间地头测氮磷钾，或者是菜市场测农药残留，将也是一片广阔的领域。将来一定会有一天，我们每个人、每个家庭都能拥有这样的一种微型化、简单易用的仪器，就像Manz教授当初设想的那样，取一滴血，就能获得所有的相关生化指标。”

　 目前还需要解决的问题

　　谈到当今微流控成熟的商品化仪器，方教授表示“比较典型的有，广泛使用的还没有。”典型的如：Agilent公司的2100芯片生化分析仪，高效液相色谱芯片，Caliper公司的芯片毛细管电泳高通量筛选平台等。这些都比较典型，但还没有获得非常广泛的应用。即把微流控技术真正转化成广泛使用的仪器，难度比当初想像的要大得多。目前产业化上的难点还是选准切入点，同时提高系统的可靠性，系统要适用于广大用户，而不仅仅是专家。

　　当记者问到“价格贵是不是个问题”时，方教授马上说道：“贵不是主要问题！美国的Dasgupta教授曾说过一句话，价格问题并不是影响一个仪器推广的最主要的问题。比如手机和计算机，一开始它们的价格非常昂贵，但一旦它们有很广阔的应用市场，自然会有厂家进来努力地降低成本。其实计算机和手机里面的结构非常复杂，但一旦进入工业化生产阶段,它们的价格就会明显地降下来。我觉得目前微流控系统的应用还没有完全打开。比如回顾MEMS技术的两个主要应用，一个是汽车安全气囊里的微加速度计，还有一个是喷墨打印机的喷头，这两个领域是MEMS系统非常适合的。如果微流控芯片能找到类似的这些应用，它的应用量就会呈现井喷式地爆发。”

　  关于中国的微流控研究和应用

　　谈到中国的微流控研究和应用的情况，方教授表达了几点：

　　（1）中国目前在微流控领域的学术研究上是处于世界先进行列，发表的论文数量仅次于美国位居世界第二。

　　（2）中国的科学家们做的微流控研究方向很多，比如：微-纳流控芯片的加工，微流控和纳流控理论，微流控系统中的样品引入、预处理、混合、反应、分离和检测，微流控液滴系统，微型化微流控分析仪器，以及把微流控系统应用于生物分析、临床检验、现场分析，分子生物学和细胞生物学研究、蛋白质组学研究、药物筛选、化学合成等等，可以说基本涵盖了这个国际前沿领域的各个研究方向。

　　（3）相对国外来说，中国在微流控研究上投入的研究经费还是较少，比较突出的是高端的微加工设备不如国外普及。

　　（4）微流控研究是一个交叉性很强的学科，至少会涉及化学、物理、材料、生物、医学、药学、生物医学工程等多学科。关于交叉领域的合作，方教授没有深谈，但言语中表示在国内实现交叉领域的合作还是比较困难。这可能跟现行科研评价考核体制有关。相比之下，方教授比较赞同复旦大学建立的生物医学研究院的做法，这种新建的跨学科机构能把很多不同学科的人放在一起，相互之间交流合作的机会比较多。因为平时大家都很忙，各有各的事，谈一次两次通常是解决不了问题的，要经常沟通和了解才能实现真正的交叉合作。

　　（5）关于学术界和产业界的合作，方教授也没有深谈，只是表示，学术界做的是实验装置，企业卖的是产业化产品，在实验装置和产品之间有一段很长的距离，这段距离是要靠经费、人力和时间来填补的。接下来的问题就是：谁来填补这段距离？不太容易界定。国外有一套成熟的风险投资机制，在培育高科技项目上相对比较有耐心、有经验。但方教授仍旧表示：“如果有有实力、有远见的企业愿意同我们合作，我们也很愿意与之共同努力，实现一些微流控分析仪器的产业化。”

　　总结

　　最后，方群教授总结了微流控芯片的特点和应用前景。

　　微流控芯片的特点是：试样试剂消耗少、分析速度快、易于实现阵列化达到高通量，系统集成化、微型化、自动化、便携化，另外有一些特殊的尺度效应会在微纳系统内显现。微流控芯片无疑是当前倡导的“低碳”技术的代表；在“物联网”领域，微流控芯片也应该是物联网上非常重要的一个节点，起到化学和生物传感器的作用。

　　微流控芯片将来的应用很多，除了前面提到的应用，近期可能会在POCT现场分析领域和低消耗的高通量筛选领域产生突破性的应用。

　　附录1：方群教授简历

　　方群，浙江大学化学系教授，浙江大学微分析系统研究所所长。辽宁大学分析化学学士(1985年-1989年)，沈阳药科大学药物分析学硕士(1989年-1992年)和博士(1994年-1998年)。目前主要从事微流控分析的研究工作，研究方向包括微流控高通量试样引入和前处理技术、微流控液滴分析和毛细管电泳分析、微流控光谱和质谱检测技术、微型化分析仪器研制，以及微流控系统在生化分析、临床检验、药物筛选、蛋白质组和单细胞分析中的应用。发表研究论文60余篇，参加出版专著2部，申请国家发明专利18项，其中9项获得授权。主持国家和省部级科研项目10项，2006年获得教育部新世纪优秀人才支持计划资助，2008年获国家自然科学基金委杰出青年基金资助。目前担任中国化学会有机分析专业委员会委员。担任“Analytica Chimica Acta”、“Analytical and Bioanalytical Chemistry”、“色谱”、“分析化学”、“分析科学学报”和“化学传感器”的编委。

　　附录2：浙江大学微分析系统研究所介绍

　　浙江大学微分析系统研究所由我国著名分析化学家方肇伦院士创建于2000年初，目标是发展具有中国特色的微流控芯片（Microfluidic chip）分析技术和系统。微流控芯片分析是当前的科技前沿领域之一，其目标是通过对芯片微通道网络内微流体的操纵和控制，完成化学实验室中取样、预处理、反应、分离和检测等分析功能，实现分析装备的微型化、集成化和自动化，最终实现芯片化-即所谓“芯片实验室”(Lab-on-a-chip)，使分析效率成百倍、千倍地提高。

　　研究所现有教授5名，副教授5名，实验技术人员1名，博士和硕士研究生40余名。研究所每年在化学一级学科和分析化学二级学科招收博士和硕士研究生10余名，并接受博士后人员和访问学者，同时欢迎生物、医学、药学、生物医学工程、光学、电子学、流体力学等相关专业的同学报考研究生。

　　研究所研究方向涉及微纳流控芯片加工和表面处理技术、工艺，微流体操控技术、方法和理论，微流控芯片取样、试样引入和前处理、反应技术，微流控芯片光谱、电化学、质谱检测技术研究，基于微流控原理的液滴分析、毛细管电泳、流动注射分析、生物传感器分析系统研究，以及纳米技术和仿生技术在微流控系统中的应用，基于微流控技术的微型化分析仪器研制，微流控系统在生物分析、单细胞分析、蛋白质组研究、临床检验、高通量筛选中的应用。同时，在此基础上积极寻求微流控分析仪器的产业化之路。

　　研究所成立近十年来，在全所师生的共同努力下，取得了可喜的成绩，探索出了一条有中国特色的发展微流控芯片分析的有效途径。在该领域的研究取得一系列重要突破，部分成果，包括：微流控玻璃芯片的简易加工技术、微流控芯片高通量试样引入技术、微流控单细胞分析的集成化、微流控吸收光度和激光诱导荧光检测系统的微型化等在相关学术领域已具备一定国际领先优势。研究所成立以来，共承担和参加省部级以上项目50余项，其中主持国家自然科学基金重大项目1项，国家杰出青年基金1项，国家自然科学基金面上项目11项，主持国家科技部863项目课题1项，973项目课题1项，主持省部级科研项目10余项。发表SCI论文140余篇。申请国家发明专利40余项，其中21项已获授权。2003年科学出版社出版了由方肇伦院士主编，研究所全体老师参加撰写的国内第一部有关微流控芯片的专著“微流控分析芯片”。此外，研究所还研制了多种具有自主知识产权的微流控分析仪器装置或样机，为相关仪器的产业化提供了有利基础。