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微流控芯片五大利益及四大误差剖释

日期:2019-10-03 15:06 来源: 聚合物

  微流控技术能够把样本检测的多个步骤集中在一张小小的芯片上,通过流道的尺寸和曲度、微阀门、腔体设计的搭配组合来集成这些操作步康,最终使整个检测集成小型化和自动化。

  由于微流控可以设计成为多流道,通过微流道网络可以同时将待检测样本分流到多个反应单位,同时反应单元之间相互隔离,使各个反应互不相干扰,因此可以根据需要对同一个样本平行进行多个项目的检测。与常规逐个项目检测相比,大大缩短了检测的时间,提高了检测效率,具有高通量的特点。

  由于集成检测的小型化,使微流控芯片上的反应单元腔体非常小,虽然试剂配方的浓度可能有一定比例的提高,但是试剂使用量远远低于常规试剂,大大降低了试剂的消耗量。

  由于只在小小的芯片上完成检测,因此需要被检测的样本量需求非常少,往往只需要微升甚至纳升级别。此外还可以直接用全血进行检测,对于婴儿、老人、残疾人这些血量少、静脉采集困难的人群,使其检测更加方便;或者是非常珍贵稀少的样本,使其多项指标检测成为可能。

  由于微流控芯片的集成功能,原先在实验室里需要人工完成的各项操作全部集成到芯片上自动完成,使人工操作时样本对环境的污染降低到最低程度。例如在分子核酸类检测中,无论是样本本身,还是制备后准备用于检测的核酸,均会对实验室造成污染,气溶胶的扩散使得后续样本检测容易出现假阳性。这也是为什么常规分子核酸类检测需要至少在3个房间分别进行不同的操作。微流控技术的使用很好的解决了这一问题。

  正因为微流控具有以上几个重要的优势和优点,使其成为了POCT的首选。而我们判断这类产品在市场上有没有需求和竞争力,可以从这几个方面上进行判断。

微流控芯片五大利益及四大误差剖释

  一个成熟的微流控产品,往往需要配套使用的试剂,核心的微流控芯片,芯片驱动平台,光电检测模块,信号处理模块以及人机交互的软件系统等等组件。对于一个成熟的产业链而言,一个复杂的产品的不同组件是由不同公司大规模的生产,然后有某个掌握一个或者几个核心技术的公司组装而成。这里最典型的代表就是智能手机。资金雄厚如苹果公司,也没法把诸如CPU,内存,屏幕等等所有组件的产业线全部掌握在自己手上。但是在微流控的产业化中,由于这个技术还不太成熟,产品缺乏相应的标准化和规范化,目前还没法实现组件的通用化。这样也就没法形成上下游公司合作式的开发一个产品的模式。而微流控产品本身就是结合微机电加工、生命科学、化学合成、光学工程及电子工程等许多领域学科的新产品,技术要求高,开发周期较长。这也导致了,像诸如GeneXpert PCR分析仪这样的具有突破性进展的产品,由于前期高昂的研发费用,到现在也没能实现真正的盈利。

  多学科交叉人才、企业研发人员、专业化市场人员严重不足;国内芯片人才特别是在企业从事产品开发的芯片技术人员极为缺乏。

  对于微流控免疫分析芯片来说,其面临的最大问题是分析芯片都是一次性使用,不能充分发挥微流控分析平台可多次使用的优点,导致检测成本升高,在目前加工条件下,一块供研究用的标准玻璃芯片价值可能在几十到上百美元之间。

  比如抗体的固定。非均相免疫分析是将抗原或抗体固定在固相载体表面,通过特异性免疫反应,将所需的抗体或抗原结合在固相载体表面形成抗原抗体复合物,通过简单的清洗即可实现抗原抗体复合物与游离抗原抗体的分离。因此,如何将抗体固定在微通道的表面成为非均相微流控免疫分析芯片的一个关键问题。有很多方法可以将抗体固定在通道表面,包括通道壁对抗体的直接吸附、共价结合在基底面形成活性功能基团、微接触印刷等技术。抗体等生物分子可以通过疏水作用直接吸附在疏水性微通道的表面,但是可能引起抗体的构相改变而导致活性降低。同时对微通道表面的封闭是非常重要的,通过封闭限制蛋白和小分子物质的非特异结合,这些非特异结合会影响分析效率。蛋白质的非特异性结合和抗体的变性使免疫分析的灵敏度大大降低,因此对于微流控免疫分析芯片系统,采用合理的方法交联抗体显得非常重要。

  另外,微流控芯片与外围设备如自动分析、显示设备等的集成化也是需要重点攻克的难题。微流控芯片是注定要被深度产业化的科学技术。这种判断首先当然是源于需求的不可逆转,需求加剧,进程加快;另一方面,则是基于对这-科学技术在一些重大领域不可替代性的认识,而这种认识只是在最近的若千年内才被人们所逐步接受。它很可能发展成为当今产业转型的一种模式,对以生物经济为代表的新型经济产生重要影响。例如未来几年内,如果将微流控芯片与“生物手机”、 “互联网+”进一步结合,这样一个由一种新兴技术引发的可能具有全局性影响的趋势,是否能够因此诞生一批“风口”行业值得大家期待。

微流控芯片五大利益及四大误差剖释

  可用于制作聚合物芯片的模具等(汶颢股份提供硅片注塑模具、PDMS注塑模具等芯片注塑模具)

  分析系统易微型化、便携化。无需外置驱动泵,纸张可折叠,易保存和运输

  生物兼容性好。滤纸主要成本为纤维素,可固定酶、蛋白质和DNA等生物大分子

  检测背景低。纸张通常是白色,有利于在纸芯片上开展比色分析

  样本残留在纸通道中和样品在运输过程中的蒸发导致样品利用率降低。

  对于一些具有低表面张力的样本,疏水区不一定有足够的疏水性,样本可能会发生渗漏。

  结合传统的比色法,对于太低浓度的样本分析纸芯片无法检测。

微流控芯片五大利益及四大误差剖释

  ①芯片材料与芯片实验室的工作介质之间要有良好的化学和生物相容性,不发生反应;

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