微流控芯片技術是生物芯片的基石，它通過多學科交叉將化學、生物學、醫(yī)學等領域所涉及的樣品預處理、生化反應、分選及檢測等過程集成到幾平方厘米的芯片上，從而實現(xiàn)從樣品前處理到后續(xù)分析的微型化、自動化、集成化和便攜化的技術。早在2003年，微流控技術就被福布斯（Forbes）雜志評為影響人類未來15件最重要的發(fā)明之一。這項技術使得實驗室研究產生了革命性的變化，并在生物化學、醫(yī)學等諸多領域得到了廣泛應用。我們來看看微流控技術目前的研究發(fā)展及應用前景。

微流控芯片細胞分離

通過不同的分選原理，微流控芯片可實現(xiàn)對不同細胞的分離。以CTC（循環(huán)腫瘤細胞）為例，CTC是一類由癌變部位釋放并進入血液中的癌細胞，在癌癥的早期診斷、個體化及腫瘤轉移機制研究等方面的有著廣泛作用。微流控芯片對于CTC主要有兩大類分選方法：基于癌細胞與正常細胞或血細胞間生物學性質（包括細胞表面蛋白表達水平、細胞活性和侵潤能力等）差異，以及基于它們之間物理性質（包括尺寸、密度、細胞表面電荷量和變形性等）差異。

這里主要講一下第一種。親和性分選（根據(jù)化學性質）是微流控芯片細胞分選中最經典的方法，通過在芯片內部的微結構上固定能與目標細胞結合的特定的抗體或配體，當樣品流經微通道時，固定在微通道中的抗體通過與細胞表面抗原特異性結合將CTC捕獲并保留在芯片內，其他細胞隨緩沖液流出芯片。常用的CTC捕獲抗體有人上皮細胞黏附分子（EpCAM）和白細胞共同抗原CD45。

研究人員通過增大了細胞與芯片中的抗體/襯底等結構的接觸面積、借助磁場與磁性材料、組合使用含不同細胞表面抗原的芯片等手段，可顯著提高轉移性肺癌、前列腺癌、胰腺癌、乳腺癌、結腸癌等癌癥中CTC的檢出率和純度。通過微流控芯片，CTC細胞在全血中分離回收時甚至可能依舊保持生物活性，可以進一步進行蛋白質或核酸內容物的分析。

即時檢驗和臨床診斷

微流控檢測芯片一般具有樣品消耗少、檢測速度快、操作簡便、多功能集成、體小和便于攜帶等優(yōu)點，因此特別適合發(fā)展床邊（POC）診斷，具有簡化診斷流程、提高醫(yī)療結果的巨大潛力。在診斷方面，一個最典型的例子就是腫瘤。除了CTC以外，微流控芯片還可應用于 ctDNA（循環(huán)腫瘤DNA）甚至外泌體的檢測，這些生物標志物在血液中含量很少，傳統(tǒng)方法難以檢測，但微流控芯片所需的樣本量不大，發(fā)展起來后將是一個絕佳的解決方案。而這些生物標志物所蘊含的豐富信息量無疑能為腫瘤患者的診斷和治療提供極大的幫助和支持。

藥物活性、毒性研究

在藥物領域，微流控芯片也有著諸多應用。比如干細胞芯片，可克服現(xiàn)有的干細胞進行體外研究的局限性，通過實時精確控制干細胞微環(huán)境中的各種因素，盡可能地模擬干細胞生長分化的復雜環(huán)境。更神奇的是能模擬器官與組織之間不同相互作用的“器官”芯片，如哈佛大學的研究人員曾采用由肺細胞、滲透膜及毛細血管制成的“芯片肺”（類似于網孔的滲透膜上排列著人體細胞，上方為充滿氣體的“肺泡”通道，下方為充滿液體的“毛細血管”）用真空循環(huán)模擬肺的呼吸，再現(xiàn)了臨床中癌癥患者使用白介素- 2 導致肺水腫的藥物毒性。 “器官”芯片將有望加速新藥開發(fā)的進程，并最終取代動物實驗用于藥物的測試和毒理測試。

此外，在藥物輸送系統(tǒng)中，微流控技術也能夠大展身手。微流控技術操控下的流體具有獨特的性質，能實現(xiàn)一系列常規(guī)方法所難以完成的微粒加工，所以它有利于制備結構高度均一、單分散性的納米粒；有利于快速高效地篩選載體材料、尤其是常規(guī)方法中不易組裝形成納米粒的載體材料可通過微流控組裝工藝得以重新利用；有利于納米結構的精準可調控組裝；還有利于設計多功能化、復雜結構的納米藥物輸送系統(tǒng)。只是目前，微控流技術由于體積小，尚難以實現(xiàn)大規(guī)模的制劑生產。相信未來，科學家們在這一方面也會有所突破。

微流控芯片3D打印

隨著微流控芯片技術的逐漸展開及微分析技術的需求，芯片構型設計越加豐富，這就對芯片的制造也提出的更高的要求。近年來隨著 3D 打印技術的興起，越來越多的研究者嘗試使用 3D 打印技術加工微流控芯片。相比于傳統(tǒng)的微加工技術，3D 打印微流控芯片技術顯示出了其設計加工快速、材料適應性廣、成本低廉等優(yōu)勢。早期的基于 3D 打印的微流控芯片技術普遍使用倒模的方法，通過3D 打印出熱塑性材料的模具后使用 PDMS 進行倒模。而如今，3D 打印微流控芯片技術的發(fā)展更加迅速，出現(xiàn)了整合生物傳感器、高通量、多層芯片、實時生物醫(yī)學檢測等多種芯片，紙基 3D 打印微流控芯片技術也迎來了新發(fā)展，出現(xiàn)了3D打印制成的具有集成金屬電極的紙基微流控芯片。

3D打印微流控芯片的近期發(fā)展

可以看到，無論是制備、結構升級和臨床應用的開發(fā)方面，微流控技術芯片的發(fā)展都如火如荼。作為最前沿的交叉學科技術，微流控技術與干細胞、基因編輯、疾病模擬、疾病診斷、預后管理等交集緊密，從基礎到臨床，是科研工作者和臨床醫(yī)生都需要關注的熱點前沿。我們希望看到各領域的專家都能踴躍交流最前沿的技術發(fā)展與應用，讓這項技術惠及更多患者。