lab-on-chip 产生的应用目的是实现微全分析系统的目标-芯片实验室,目前工作发展的重点应用领域是生命科学领域。当前(2006)研究现状:创新多集中于分离、检测体系方面;对芯片上如何引入实际样品分析的诸多问题,如样品引入、换样、前处理等有关研究还十分薄弱。它的发展依赖于多学科交叉的发展。目前媒体普遍认为的生物芯片(micro-arrays),如,基因芯片、蛋白质芯片等只是微流量为零的点阵列型杂交芯片,功能非常有限,属于微流控芯片(micro-chip)的特殊类型,微流控芯片具有更广的类型、功能与用途,可以开发出生物计算机、基因与蛋白质测序、质谱和色谱等分析系统,成为系统生物学尤其系统遗传学的极为重要的技术基础。多样化微流控芯片加工案例覆盖数字 PCR、单分子检测、POCT 等多个领域。多功能微流控芯片组成
微米级尺度微流控芯片的精密加工与应用:在0.5-5μm微米级尺度微流控芯片加工领域,公司依托MEMS光刻、深硅刻蚀及纳米压印等技术,实现亚微米级精度的微流道、微孔阵列及三维结构制造。电镜下可见的精细流道网络,其宽度误差可控制在±50nm以内,适用于单分子检测、液滴生成等超高精度场景。例如,在单分子免疫检测芯片中,微米级微孔阵列可实现单个生物分子的捕获与荧光信号放大,检测灵敏度较传统方法提升10倍以上。该尺度芯片的加工难点在于材料刻蚀均匀性与表面粗糙度控制,公司通过干湿结合刻蚀工艺与表面化学修饰技术,解决了高深宽比结构(如10:1以上)的加工瓶颈,成功应用于外泌体分选、循环肿瘤细胞捕获等前沿生物医学领域,为精细医疗提供器件支撑。采用微纳米加工的微流控芯片商家微流控芯片技术用于液体活检。
微流控芯片小批量生产的成本优化策略:针对研发阶段与中小批量订单需求,公司构建了“快速原型-工艺优化-小批量试产”的全流程成本控制体系。在快速原型阶段,采用3D打印硅模(成本较传统光刻降低60%)与手工键合,7个工作日内交付首版样品;工艺优化阶段通过DOE(实验设计)筛选比较好加工参数,将材料利用率提升至90%以上;小批量生产(100-10,000片)时,利用共享模具与标准化封装流程,较传统批量工艺降低40%的单芯片成本。例如,某科研团队定制的500片细胞分选芯片,通过该策略将单价控制在大规模量产的70%,同时保持±1%的流道尺寸精度。公司还提供阶梯式定价与工艺路线建议,帮助客户在保证性能的前提下实现成本比较好化,尤其适合初创企业与高校科研项目的器件开发需求。
先前报道了微流控芯片的另一项采用体外细胞培养技术的研究,其中轴突和体细胞被物理分离,从而允许轴突通过微通道。借助这项技术,神经科学家可以研究轴突本身的特征,或者可以确定药物对轴突部分的作用,并可以分析轴突切断术后的轴突再生。值得一提的是,微通道可能会对组织或细胞产生剪切应力,从而导致细胞损伤。被困在微通道下的气泡可能会破坏流动特性,并可能导致细胞损伤。在设计此类3D生物芯片设备时,通常三明治设计,其中内皮细胞在上层生长,脑细胞在下层生长,由多孔膜分叉,该膜充当血脑屏障。微流控芯片技术用于基因测序。
对于微流控芯片,必须将材料从微通道中放入和取出,还要从纳升级流量的流体中获得可靠信号。一些研究者建议将微流控技术与“中等流体”结合,——以小型化的方式附加到中等尺寸的设备中,可以浓缩样品,易于检测。生物学家还受他们所使用微孔板的几何限制。Caliper和其他的一些公司正在开发可以将样品直接从微孔板装载至芯片的系统,但这种操作很具挑战性。美国Corning公司Po Ki Yuen博士认为,要说服生产商将生产技术转移到一个还未证明可以缩减成本的完全不同的平台,是极其困难的。微流控芯片的用途有什么?单分子免疫微流体生物传感芯片是微流控技术在超高灵敏度生物检测领域的一大应用。云南微流控芯片风格
基于MEMS发展而来的微流控芯片技术。多功能微流控芯片组成
微流控芯片对于胰岛素的补充检测:抗胰岛素自身抗体是Ⅰ型糖尿病中出现的抗体,但当胰岛素被固定在检测平台上时,表位结合位点的关键三级结构发生改变,故而难以用常规方法检测,Zhang等在芯片表面喷涂生物相容的支链聚乙二醇层,用以保护胰岛抗原的天然构象,该芯片可以在低样本量下同时检测多个胰岛抗原特异性自身抗体,且检测结果不受全血样本中复杂背景的影响。也有研究团队尝试通过检测自身抗体以对心血管疾病、慢性疾病作出诊断。Dinter等研究人员将微流体芯片和微珠技术相结合,用以检测3种心血管疾病相关自身抗体并进行抗体滴度测定。Lin等人设计制造的免疫分析平台可在45 min内检测临床患者血清抗tumour蛋白53(tumor protein 53,p53)自身抗体浓度,有望用于口腔鳞状细胞cancer的筛查。多功能微流控芯片组成