發(fā)布日期：2019-07-16
隨著精準(zhǔn)醫(yī)療的不斷發(fā)展，分子診斷技術(shù)的重要性日益突出。精準(zhǔn)醫(yī)療包括兩個方面，精準(zhǔn)診斷和精準(zhǔn)治療。其中，精準(zhǔn)診斷是精準(zhǔn)醫(yī)療的基礎(chǔ)，而分子診斷又是精準(zhǔn)診斷的核心。因此，分子診斷是精準(zhǔn)醫(yī)療的重要組成部分，為精準(zhǔn)醫(yī)療提供保障，而微流控芯片是其常用技術(shù)之一，近年來發(fā)展迅速，應(yīng)用廣泛。
按照技術(shù)原理，可暫將分子診斷技術(shù)大致劃分為PCR技術(shù)、分子雜交、基因測序、核酸質(zhì)譜、生物芯片（包括基因芯片、微流控芯片）5大類。今天就為大家分析介紹微流控技術(shù)的相關(guān)情況。在本文之前，小編已經(jīng)陸續(xù)整理了一些相關(guān)文章，包括對分子診斷技術(shù)概況的介紹、NGS技術(shù)在病原微生物檢測中的應(yīng)用、數(shù)字PCR技術(shù)的優(yōu)勢及應(yīng)用、基因檢測的廣泛用途等文章，可供讀者全面了解相關(guān)領(lǐng)域的知識。
微流控技術(shù)的主要形式為微流控芯片或者稱芯片實驗室，主要是指以生物化學(xué)和分析化學(xué)為基礎(chǔ)，以微管道網(wǎng)絡(luò)為結(jié)構(gòu)特征，將整個分析實驗室的功能，包括采樣、樣品前處理、反應(yīng)、分離、檢測等集合在一塊幾平方厘米的芯片上進行分析的技術(shù)。
微流控芯片技術(shù)優(yōu)勢
生命分析技術(shù)不斷發(fā)展，在新的時代背景，又面臨新挑戰(zhàn)和發(fā)展機遇：要求在特別小的空間，特定的時間，特定的外界條件進行物質(zhì)定性、定量、結(jié)構(gòu)分析、形貌分析等工作。而微流控技術(shù)的出現(xiàn)為生命分析面臨的三大特殊挑戰(zhàn)提供了有力的操控工具。微流控技術(shù)具有如下特點：
· 集成小型化與自動化： 通過流道的尺寸和曲度、微閥門、腔體設(shè)計的搭配組合實現(xiàn)檢測的集成小型化和自動化。
· 高通量分析：芯片設(shè)計多流道、多個反應(yīng)單元的相互隔離，使各個反應(yīng)互不干擾。
· 檢測試劑消耗少，樣本量需求少：微流控芯片反應(yīng)單元腔體特別小，試劑使用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于常規(guī)操作。
· 污染少：芯片集成功能避免了人工操作的污染。
微流體芯片技術(shù)的應(yīng)用
微流控技術(shù)問世至今有近30年歷史，但其發(fā)展迅猛，被稱為下一代醫(yī)療診斷“顛覆性技術(shù)”。通過利用微流體芯片進行的研究一直都在不斷進行中，近日一項關(guān)于乳腺癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移相關(guān)的研究就用到該技術(shù)。來自密西根大學(xué)安娜堡分校的研究人員利用新開發(fā)的高通量微流體芯片，發(fā)現(xiàn)了轉(zhuǎn)移性乳腺癌細(xì)胞的重要特性之一 — 吞噬間充質(zhì)干細(xì)胞 （MSC）。該研究指出癌細(xì)胞通過吞噬MSC，增強了自身侵襲性，讓癌癥迅速發(fā)展擴散。研究認(rèn)為阻止乳腺癌細(xì)胞系的吞噬行為，有望成為遏制乳腺癌轉(zhuǎn)移的新方向，而相關(guān)的基因和分子也是乳腺癌診斷治療的潛在靶點，這將是為諸多患者帶來新的希望。另外，我們對關(guān)于微流體芯片的應(yīng)用作一個簡單介紹。
細(xì)胞分選
通過不同的分選原理，微流控芯片可實現(xiàn)對不同細(xì)胞的分離。以循環(huán)腫瘤細(xì)胞（CTCs）為例，該細(xì)胞主要來自腫瘤組織自發(fā)脫落的外周血液中，其對惡性腫瘤傳播轉(zhuǎn)移具有重要影響，已逐漸被認(rèn)為是腫瘤遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的標(biāo)志。對外周血中極微量的具有特異性、敏感性的CTCs進行分選、富集及檢測，不僅有利于腫瘤的早期診斷、療效評價及復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移監(jiān)控，還可以為后續(xù)的CTCs鑒定和下游單細(xì)胞基因組和轉(zhuǎn)錄組測序提供良好基礎(chǔ)，為腫瘤靶向治療提供新策略，在臨床上個性化醫(yī)療等領(lǐng)域有重要意義。
微流控技術(shù)可在微米尺度下整合物理、化學(xué)及生物學(xué)方法，實現(xiàn)對微量CTCs的高通量、高效率以及低成本分選富集，該技術(shù)發(fā)展迅速并已被廣泛研究應(yīng)用。Fluxion Biosciences新開發(fā)的微流體平臺IsoFlux使用微流體通道確保將磁性顆粒標(biāo)記的CTCs充分可靠地暴露于密集且強度均勻的磁場中，以實現(xiàn)高效的細(xì)胞富集回收。
藥物篩選
藥物篩選是現(xiàn)代藥物開發(fā)流程中測試和獲取特定生理活性化合物的一個步驟。微流控芯片技術(shù)由于具有樣品消耗量小、速度快、柱效高以及所用溶液體系較接近生物體液組成等特點，已經(jīng)成為一種非常具有潛力的藥物及先導(dǎo)化合物的高效篩選工具。
微流控芯片可以集成256個或者細(xì)胞培養(yǎng)腔微陣列，改變細(xì)胞常規(guī)培養(yǎng)方法，實現(xiàn)細(xì)胞藥物篩選的高通量化；芯片微納升級體積大大減少了試劑消耗量，減低藥物篩選成本；微流控芯片設(shè)計的二維結(jié)構(gòu)或者三維微結(jié)構(gòu)區(qū)域可產(chǎn)生低剪切力，在腔室內(nèi)形成濃度梯度，進而對藥物進行毒性分析；微流控芯片集成化非常明顯，將藥物的合成分離富集、實驗細(xì)胞培養(yǎng)、藥物效果檢測等多個步驟集成于一張芯片，實現(xiàn)了藥物篩選的自動化分析。
器官集成芯片與器官仿生
生物組織、器官的體外模型是揭示人類生理和病理的不可缺少的工具。而基于微流控芯片的器官模型通過特定方式將細(xì)胞培養(yǎng)或組裝到微流控芯片中，根據(jù)生物體中的器官結(jié)構(gòu)在體外對其進行重建,用以研究特定環(huán)境下器官的生理機能和構(gòu)建體外的特異性疾病模型。這種技術(shù)對于藥物毒性和藥效的預(yù)測比常規(guī)體外模型更有潛力，它能夠提供對于組織乃至器官水平的作用機制的深入了解，能應(yīng)用于藥物的吸收、分布、代謝和排泄的預(yù)測以及藥物毒性的研究。
以微流控技術(shù)在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的研究應(yīng)用為例，在過去的研究中，動物模型通常被用于腦部結(jié)構(gòu)及其相關(guān)疾病的模擬，但是這種方法價格昂貴、效率低、實驗復(fù)雜以及耗時多，嚴(yán)重限制了神經(jīng)疾病研究的發(fā)展。近年來，利用微流控芯片技術(shù)已經(jīng)能夠在體外很好地模擬中樞神經(jīng)系統(tǒng) (CNS)，建立疾病模型，進而讓我們對神經(jīng)性疾病，如阿爾茲海默病、帕金森病等的研究有更深入的了解。
小結(jié)
微流控芯片在疾病診斷方面的相關(guān)研究還包括生物標(biāo)志物免疫分析、核酸測序等 。作為一種新興的科學(xué)技術(shù)，微流控研究已經(jīng)涉及化學(xué)、生物學(xué)、工程學(xué)和物理學(xué)等諸多領(lǐng)域。微流控技術(shù)發(fā)展前景巨大，與其他的代表性技術(shù)會在更為廣泛的研究領(lǐng)域中交叉滲透，發(fā)展迅速，為醫(yī)學(xué)研究與臨床轉(zhuǎn)化作出巨大的貢獻。
來源：轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)網(wǎng)
