① PCR
微流控芯片技術(shù)與PCR結(jié)合可以在短時(shí)間內(nèi)完成擴(kuò)增,不僅可有效縮小反應(yīng)體系,極大提高檢測靈敏度,而且反應(yīng)所需時(shí)間短,輕便易攜帶,已經(jīng)成為醫(yī)學(xué)檢測領(lǐng)域備受重視的技術(shù)。如圖所示,一種靈活的交替拉推式主動數(shù)字化(μAPPAD)微流控技術(shù),使基于微孔的dPCR樣品數(shù)字化效率接近100%。
該技術(shù)利用氣動閥門周期性地操縱芯片內(nèi)的氣壓, 極大地促進(jìn)了真空驅(qū)動的溶液分割到微孔中,從而有效地實(shí)現(xiàn)小體積溶液的數(shù)字化,顯著降低體積變化。目前微流控PCR芯片正在向著結(jié)構(gòu)簡單化、功能集成化和一次性的方向發(fā)展,很多可以完成完整的生物樣本分離分析的裝置已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。
② 病原體
基于微流控技術(shù)的病原體檢測在臨床醫(yī)學(xué)、食品工業(yè)和環(huán)境監(jiān)測顯現(xiàn)出準(zhǔn)確度高、耗時(shí)短等優(yōu)點(diǎn)。如圖所示,展示了一款基于微流控生物芯片的下一代病原微生物診斷技術(shù)。
微流控系統(tǒng)構(gòu)成無細(xì)胞診斷工具,可與其他技術(shù)集成、跟蹤和監(jiān)測病原體。微流體系統(tǒng)快速檢測技術(shù),不需要專家操作人員。基于這些優(yōu)點(diǎn),其在臨床檢測感染性病原體中有很大的應(yīng)用價(jià)值。③ 皮膚
皮膚作為人體最大的組織器官,也是人體免疫的第一道防線, 維持著人體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)并且抵抗著外界的細(xì)菌感染,汗液作為最常見的生物標(biāo)志物也可用來檢測多項(xiàng)生命體征。隨著復(fù)雜材料的發(fā)展,柔性可穿戴設(shè)備可通過附著于皮膚,分析生物體液來實(shí)時(shí)監(jiān)測人體各項(xiàng)指標(biāo)。
下圖展示的是一款附著于皮膚進(jìn)行檢測的柔性微流控設(shè)備,使用柔性微流體、結(jié)構(gòu)化黏接表面和受控機(jī)械屈曲的實(shí)驗(yàn)和理論方法,以實(shí)現(xiàn)具有高模量、剛性、最先進(jìn)功能元件組件的超低模量、高延展性系統(tǒng)。④ 腫瘤癌癥外泌體
腫瘤來源的外泌體(exosomes)在腫瘤微環(huán)境的胞間通訊中發(fā)揮著特殊作用,它們在體液中含量穩(wěn)定且能夠靈敏地反映出腫瘤的實(shí)際狀態(tài),被認(rèn)為是“液體活檢”技術(shù)中極具潛力的腫瘤標(biāo)志物。
外泌體研究中面臨的首要困難是如何從復(fù)雜的生物樣品中分離出這些微小囊泡. 超速離心法是外泌體濃縮的經(jīng)典方法,但步驟冗雜、儀器昂貴, 且回收率較低。
如圖所示,將多種納米顆粒組裝在微流體甬道中用于實(shí)體腫瘤體內(nèi)核磁成像,可以實(shí)現(xiàn)有效的實(shí)體腫瘤在0.5h內(nèi)成像,并可維持至少16h,供患者測量后在多個(gè)時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行治療,不需要重復(fù)做臨床核磁來觀測整個(gè)腫瘤情況,相比之下更為便捷,且成像非常清晰,幫助外科醫(yī)生確定腫瘤大小并做出準(zhǔn)確的決定。
材料科學(xué)和微流控技術(shù)的發(fā)展,推動了體外細(xì)胞組織器官的構(gòu)建,從而也加快了高效診斷以及治療技術(shù)的進(jìn)步。如下圖,一種用于超快速富集滋養(yǎng)細(xì)胞的裝置,以進(jìn)行無創(chuàng)產(chǎn)前檢查新型慣性微流控芯片(Ce-lutriateChip), 用于從孕婦全血樣本中快速、無標(biāo)記富集循環(huán)滋養(yǎng)細(xì)胞(CTBs)。芯片采集的CTBs可在單細(xì)胞水平分離,用于下游免疫熒光染色和基因分型。
通過對罕見的CTBs進(jìn)行測序,可以準(zhǔn)確地檢測出HBB基因的單堿基變異。這種簡單、無抗體和低成本的方法有望獲得用于產(chǎn)前檢測各種遺傳疾病的罕見CTBs。類器官以及組織芯片的發(fā)展目前已經(jīng)取得了較大的技術(shù)突破。
微流控芯片技術(shù)在藥物遞送、藥物篩選方式上提供了新的可能, 如結(jié)合微針達(dá)到無痛緩控透皮給藥。
如下圖,一種可在連續(xù)的微室中使用精確的化學(xué)梯度來執(zhí)行微生物適應(yīng)性實(shí)驗(yàn)室進(jìn)化(ALE)的微流控芯片, 其是在基礎(chǔ)和應(yīng)用環(huán)境中研究進(jìn)化的關(guān)鍵工具。該微流控裝置可以利用定義的微環(huán)境條件來生成數(shù)據(jù), 以更好地理解影響抗生素耐藥性機(jī)制的參數(shù), 從而增強(qiáng)突變的發(fā)生。
隨著生命科學(xué)、精準(zhǔn)醫(yī)療等領(lǐng)域的快速發(fā)展,微流控芯片技術(shù)正迎來前所未有的機(jī)遇。墾拓預(yù)見,在產(chǎn)業(yè)升級、居家檢測需求與技術(shù)迭代的多重驅(qū)動下,該技術(shù)將向更高精度、更強(qiáng)定制化的方向突破,為科研與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新提供關(guān)鍵支撐。
展望未來,墾拓誠邀如醫(yī)療診斷、藥物研發(fā)、科研實(shí)驗(yàn)室、工業(yè)在線分析、環(huán)境/食品安全等各行業(yè)合作伙伴,共同探索微流控芯片在實(shí)驗(yàn)室微型化與高效化中的創(chuàng)新應(yīng)用。通過跨領(lǐng)域協(xié)同攻關(guān),助力該項(xiàng)技術(shù)從專業(yè)實(shí)驗(yàn)室走向更廣闊的市場舞臺。
關(guān)于墾拓
作為國內(nèi)微流體控制技術(shù)的領(lǐng)軍者,墾拓(2010年創(chuàng)立)已擁有550余名全球雇員和28,000㎡研發(fā)辦公運(yùn)營基地,旗下4家子公司已形成生態(tài)化產(chǎn)業(yè)鏈布局。其中,子公司微特模塑依托資深工程團(tuán)隊(duì),在精密模具注塑領(lǐng)域掌握了一系列核心技術(shù),具備超強(qiáng)的DFMEA(設(shè)計(jì)失效模式及后果分析)能力、模具設(shè)計(jì)、模流分析技術(shù)以及反變形處理能力。
截至目前,微特模塑已通過ISO9001、ISO13485等多項(xiàng)國際權(quán)威質(zhì)量管理體系認(rèn)證,具備PMMA、COC等十余種微流控材料的規(guī)模化生產(chǎn)能力。依托先進(jìn)的自動化生產(chǎn)管理系統(tǒng),我們實(shí)現(xiàn)了從原材料到成品的全流程精準(zhǔn)管控,確保每一環(huán)節(jié)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)與卓越品質(zhì)。從項(xiàng)目概念開發(fā)到批量生產(chǎn),墾拓始終致力于為客戶提供一站式、全周期的專業(yè)解決方案。