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微流控芯片技术是20世纪90年代分析化学领域发展起来的一种生物芯片技术,其结构特征为微管道网络,以生命科学为主要应用对象,并逐渐在分析化学和生物医学领域发挥着愈来愈重要的作用。
在微型化操作、芯片制作、步骤的整合上电化学方法具有很大的优势。微流控芯片已广泛应用于临床分析、环境监测、食物检测以及生物技术的基础研究。
1、DNA检测
随着微流控芯片的发展,微流控分析技术越来越多地应用于DNA微阵列分析中。与传统的DNA分析方法相比,微流控技术的引入有许多优势:
①微流控分析设备需要的样品量大大减少,实现了从ml到μl或pl的跨越;
②由于扩散距离的减少使得面容比降低,目标核酸的杂交反应速度大大加快;
③合理设计芯片即可实现单个微流控芯片可同时分析多个样品,实现高通量样品分析。
2、酶联免疫分析
酶联免疫分析技术(ELISA)因其高度选择性和高灵敏度受到很多研究者的青睐,但是其冗长的实验步骤和高劳动强度使得结果容易出错,微流控芯片技术的引入可以提高反应效率、简化实验步骤、减少分析时间和样品量的消耗,是对酶联免疫分析技术极大的优化。
3、细胞信号转导研究
从细胞外微环境进入细胞内结构的信号转导包括了蛋白质的相互作用、翻译后修饰和运输。有学者利用微流控芯片发明了多种分子生物学方面的技术,定量分析蛋白质以及蛋白质修饰对信号动力学的作用、蛋白质信号网络的交叉作用或细胞间信号的数据变化,包括蛋白印迹技术、延时荧光显微技术和免疫荧光分析技术。
1、微流控芯片用于基于抗体的诊断
临床免疫检验技术对于人类健康有着重要意义。由于传统的检验技术繁琐、费时且低效,于是在此基础上发展出了一种简单方便的免疫测定技术即酶联免疫吸附实验(ELISA),可应用于各种生物活性物质及标志物的快速临床检测。
该方法已成为医学诊断、环境分析和食品安全等领域的常用分析手段,不过它仍然存在着试剂消耗量大、产生废液多、孵化周期长的缺点。根据ELISA的基本原理,可通过将其转移到微流控芯片中来克服自身方法的缺陷,从而在很大程度上提高了信息的输出量。
2、微流控芯片用于癌症诊断
癌症已成为威胁人类健康的diyi杀手,按目前的YL水平,早期癌症病人约有80%~90%以上可以治愈,因此早期诊断对癌症患者而言具有重要意义。几种生物标记物和参数能被用于诊断和检测癌症,而结合低成本微流控芯片的诊断平台能快速、敏感、准确的进行基因分析,从而促进定制适合各种类型癌症的ZL方法。
目前我国食品安全面临的问题主要有:食品制造过程中实用劣质原料,添加有毒物质的情况仍然难以杜绝;超量使用食品添加剂,滥用非食品加工用化学添加剂;农产品、禽类产品的安全状况也不容乐观,抗生素、激素和其他有害物质残留于禽、畜、水产品体内等等,而微流控芯片技术在上述领域均有应用。
1、农药残留的检测
有学者建立了一种无干扰检测水、西兰花、大豆中草甘膦和草铵膦的微流控芯片电泳新方法,方法的检测限低于0.05μg/L,定量限低于0.17μg/L,远低于规定的Zda残留量,并且待测物的检测时间不到65s。
有学者利用二维气相色谱双重检测系统将分离设备连接到检测器上,对蔬菜中17中有机氯杀虫剂和15种有机磷杀虫剂和9个含氮杀菌剂进行了检测,结果表明农药残留的分离效率提高,达到了更高的准确度。
2、兽药残留的检测
有学者利用聚乙烯醇作为缓冲添加剂成功的对牛奶和鸡肉样品中磺胺、磺胺二甲嘧啶,磺胺甲噁唑,磺胺喹噁啉进行了检测。在Zyou条件下,四种磺胺分析物在1min内达到了基线分离,塔板数为1×106/m,而且检测限和定量限范围分别为0.2-2.3g/L和0.6-7.7g/L,此结果远低于食品中允许的磺胺Zda残留量。
有学者用微流控芯片集富集、分离、检测为一体成功的实现了对牛肉样品中四环素、土霉素、金霉素、QL霉素的检测,检出限为1.5~4.3nmol/L,比传统的电化学检测方法提高了10-900倍。
3、重金属残留的检测
有学者利用4-间苯二酚(PAR)为金属络合剂和显色剂,并经二极管阵列吸收,可检测Co2+、V3+、Ni2+、Cu2+、Fe2+、Mn2+、Cd2+等金属离子,检测线在0.40-1.15g/L,并且检测时间均小于65s。
有学者使用发光二极管、光电二极管并于低温共烧陶瓷相结合,制作了一种能连续流动检测六价铬的微流控芯片,在0.1~20mg/L的范围内六价铬具有良好的线性关系,检出限达50μg/L。
目前,微流控芯片已突破其发展初期在加工技术及基本流控技术上的主要难关,正在进入广泛扩大的应用领域,并处于深度产业化转折的时期,这一时期不会很长。以微流控芯片为核心的微分析系统将取代当前化学分析实验室的很多设备,使化学分析进入病房、生物制品生产现场甚至家庭。在此基础上,不久的将来能够监测自身生化指标、基因变异、食品卫生及环境状况的便携式“个人化验室”将可能成为现实。
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