高通量生物分析技術(shù)是指同時(shí)對(duì)一個(gè)樣品中的多個(gè)指標(biāo)或者對(duì)多個(gè)樣品中的一個(gè)指標(biāo)同步進(jìn)行并行分析，以在最短的時(shí)間內(nèi)獲得最多的生物信息的新型分析技術(shù)。微流控芯片是高通量生物分析技術(shù)的一種，主要包括PCR芯片、流式芯片、毛細(xì)管電泳芯片、微電子芯片、色譜芯片及各類樣品制備芯片等，目前已廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中。美迪西生物分析部提供全面符合FDA/CFDA GLP的生物分析服務(wù)，以支持小分子藥物、大分子藥物、生物技術(shù)藥物、疫苗和生物標(biāo)記物的篩選與開發(fā)，及其臨床前研究和臨床研究。
微流控芯片作為高通量生物分析技術(shù)的一種，在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用主要有以下幾項(xiàng)。
1、核酸分析
微流控芯片可用于核酸的擴(kuò)增、分離及測(cè)序。研究人員提出了連續(xù)流動(dòng)式微流控PCR擴(kuò)增芯片，反應(yīng)溶液循環(huán)流經(jīng)不同的溫區(qū)完成PCR擴(kuò)增反應(yīng)，整個(gè)擴(kuò)增反應(yīng)全部在流動(dòng)中完成，展示了微全分析系統(tǒng)在試樣處理方面的潛力。人們還利用微流控芯片技術(shù)開展了基因表達(dá)、基因突變性、基因功能和單核苷酸基因多態(tài)性等的研究，取得了豐碩成果。
2、肽和蛋白質(zhì)分析
目前蛋白組分析主要是將蛋白質(zhì)大分子降解為肽，再通過分析肽譜以及進(jìn)行肽鏈的測(cè)序加以實(shí)現(xiàn)。利用等電聚焦毛細(xì)管電泳芯片技術(shù)，以Cy5標(biāo)記肽，對(duì)細(xì)胞色素c、核糖核酸酶A和肌紅蛋白等9種蛋白質(zhì)混合物進(jìn)行分離檢測(cè)，5min即完成了整個(gè)分析過程。
3、氨基酸分析
微流控芯片技術(shù)在氨基酸分析中的應(yīng)用較為廣泛，有研究者設(shè)計(jì)了一種循環(huán)柱切換的微流控芯片，微通道表面用線聚丙烯酰胺衍生化，以nTc標(biāo)記氨基酸，取得了良好的分離測(cè)定效果。此外還可以在硼硅玻璃電泳芯片上，以一環(huán)糊精作手性添加劑，對(duì)氨基酸樣品進(jìn)行了手性拆分分析。對(duì)進(jìn)樣儲(chǔ)液池加以改進(jìn)，制成連續(xù)換樣流通式儲(chǔ)液進(jìn)行裝置，實(shí)現(xiàn)了微流控芯片對(duì)氨基酸的高通量分析。
4、細(xì)胞分析
微控芯片通道寬度一般為10~50μm，和生物細(xì)胞大小相當(dāng)，生物細(xì)胞在微通道內(nèi)非常容易操縱、觀察和檢測(cè)，因此，以微流控芯片進(jìn)行單細(xì)胞研究具有獨(dú)特的優(yōu)越性。
在玻璃芯片通道中，用介電泳力和重力場(chǎng)流分級(jí)分離細(xì)胞，垂直方向受到向下重力和向上介電泳力的作用而得到分離；以化學(xué)消解法在線消解大腸桿菌細(xì)胞膜，胞內(nèi)成分半乳糖苷酶釋放出來，以熒光法檢測(cè)之；通過競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)對(duì)單個(gè)胰島釋放出的胰島素進(jìn)行了免疫分析等。
5、藥物分析與篩選
藥物的分析與篩選是微流控芯片另一個(gè)可發(fā)揮重要作用的領(lǐng)域。有研究者利用免疫法測(cè)定了血清中治療哮喘藥物茶堿，他們將含有未標(biāo)記的藥物和已知數(shù)量的熒光標(biāo)記的藥物及藥物抗體混合，分離檢測(cè)藥物及藥物與抗體的復(fù)合物，分離分析時(shí)間僅40s。
還可以利用微流控芯片技術(shù)微型、集成化的特點(diǎn)，把一些反應(yīng)器及通道微型化、陣列化，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了樣品前處理和分離，研制了一種動(dòng)態(tài)的高通量藥物篩選平臺(tái)，在很短的時(shí)間內(nèi)完成成千上萬個(gè)藥物和生物靶標(biāo)的作用鑒定，建立了一種基于分子水平的更適于藥物篩選的技術(shù)體系。
6、免疫分析
免疫分析是一種判斷和測(cè)定溶液中蛋白質(zhì)存在與否及濃度大小的特異性方法，因其具有高度的選擇性，該法已成為目前臨床診斷、生物醫(yī)學(xué)等的重要工具。采用微流控芯片法進(jìn)行免疫分析，他們?cè)谖⑼ǖ乐屑晌⒚庖叻磻?yīng)器，免疫產(chǎn)物以電泳分離、熒光檢測(cè)，分別測(cè)定了卵白蛋白及抗雌二醇的含量。還可以在微通道中構(gòu)筑了一道圍堰，用來?yè)踝〗Y(jié)合抗體的聚苯乙烯微珠，血清中癌胚抗原和抗體結(jié)合，再以標(biāo)記了膠狀金的免疫球蛋白結(jié)合，熱透鏡檢測(cè)，和ELISA法對(duì)比，分析時(shí)間從45h減少到35min。
7、酶分析
分析具有特異性高、反應(yīng)條件溫和及反應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，也是目前臨床診斷和生物醫(yī)學(xué)等的重要工具。在多分支的微流控芯片上，用乙酰膽堿酯酶測(cè)定乙酰膽堿酯酶抑制劑的含量。乙酰膽堿酯酶催化乙酰膽堿水解生成膽堿，膽堿與熒光衍生劑結(jié)合產(chǎn)生熒光，激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)器檢測(cè)，分析時(shí)間僅為70s。
在微流控芯片上刻蝕了容積為6.5m的反應(yīng)器，填人固化乳酸氧化酶的多孔玻珠，形成酶反應(yīng)器，測(cè)定了血清樣品中的乳酸酶。微流控芯片法分析酶，將有力地推動(dòng)臨床診斷和酶的基礎(chǔ)研究。
8、單分子檢測(cè)
在玻璃微流控芯片上，利用聚焦分子流，以單分子熒光激發(fā)計(jì)數(shù)作為檢測(cè)手段，實(shí)現(xiàn)了ds-DNA片斷的單分子分離檢測(cè)，為微流控芯片在單分子檢測(cè)中的應(yīng)用開辟了先河。
單分子檢測(cè)方面的研究目前雖然較少，但可以相信，隨著微流控芯片技術(shù)的日臻完善，該領(lǐng)域?qū)?huì)受到越來越多的關(guān)注。
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審核編輯 黃宇