微流控芯片实验室

摘要：以作者所在课题组近年来的研究工作为基础，就芯片实验室平台建设及相应的以系统生物学为最终目标的功能化研究作一说明，对在分子和细胞层面，甚至是单分子、单细胞水平上实现以规模集成为特征的临床诊断和药物筛选的努力予以特别的关注。

微流控芯片实验室又称芯片实验室（lab-on-a-chip）或微流控芯片（microfluidicchip），指的是把生物和化学等领域中所涉及的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成或基本集成到一块几平方厘米（甚至更小）的芯片上，由微通道形成网络，以可控流体贯穿整个系统。

用以取代常规生物或化学实验室的各种功能的一种技术。微流控芯片实验室的基本特征和最大优势是多种单元技术在微小平台上的灵活组合和大规模集成，高通量是大规模集成的一种形式。

微流控芯片实验室以微流控技术为基础，它有别于另一类以静态亲和杂交技术为核心的微孔板芯片，后者通常被国内的大众媒体称之为“生物芯片”，以脱氧核糖核酸（DNA）芯片为典型代表，不在本文所讨论的范围之内。

在一段时期的学术刊物中，微全分析系统（μ-TAS）往往和微流控芯片实验室混用。事实上，较之微全分析系统，微流控芯片实验室的外延更宽，内涵更为丰富。微流控芯片实验室的最早期形式是芯片毛细管电泳，芯片毛细管电泳至今仍是芯片实验室中分离部分的主体。

微流控芯片实验室是微纳米技术的重要组成部分，也是系统生物学研究的主要技术平台之一，有重大应用前景，尚未真正产业化。2004年9月美国Business2.0杂志的封面文章称，芯片实验室是“改变未来的七种技术”之一。

芯片实验室所具有的多种单元技术灵活组合和大规模集成的特点，使之不仅能以极少量的样品获得极大的信息量，更有可能超越单一的分析功能，而以一个整体微型多元操作平台的姿态直面市场。

市场化对微流控芯片实验室的基本要求是它的功能化。功能化分通用型和专用型两类，按照目前的理解，一个功能化芯片实验室系统应包括芯片分析器、芯片及试剂盒等3个部分，试剂盒内包含有实现芯片功能化的方法和材料。

国内外已有很多研究小组在微流控芯片领域做了许多出色的工作，但限于篇幅，又为避免挂一漏万，本文仅拟以作者所在课题组近年来的研究工作为基础，就芯片实验室平台建设及相应的以系统生物学为最终目标的功能化研究作一说明，对在分子和细胞层面，甚至是单分子、单细胞水平上实现以不同操作单元规模集成为特征的临床诊断和药物筛选的努力予以特别的关注。