液滴微流控技术在生物医学中的应用进展.pdf

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1、第44卷分析化学(FENXIHUAXUE)评述与进展第4期2016年4月ChineseJournalofAnalyticalChemist~562568DOI：10．11895／j．issn．0253-3820．160144液滴微流控技术在生物医学中的应用进展闫嘉航赵磊申少斐马超王进义(西北农林科技大学理学院，动物医学院，杨凌712100)摘要液滴微流控是微流控芯片领域的一个重要分支，由于其诸多独特优势而得到了广泛的应用与研究。本文将概述液滴微流控的特点和基本原理，同时对近年来其在生物医学中的应用进行了简要综述，并展望了液滴微流控技术的发展前景。关键词微流控；液滴；药物传递；综述1引言微

2、流控(Microfluidics)是指在微米尺度空间对流体进行操控的一种技术，该技术可以将化学、生物等实验室的基本功能微缩到一个几平方厘米芯片上，因此又被称为芯片实验室(Lab-on—a—chip)⋯。微流控芯片系统可以在几十到几百微米的微小通道或构件中操控流体的流动，所操控的流体体积可小至l0～l0L。它把样品反应、制备、分离、检测等生化实验的基本操作集成到很小的芯片上，以可控流体由微通道形成网络贯穿于微流控系统，在实现了常规生化实验室各项功能的同时，降低了分析检测的成本，加快了反应速度，提高了反应效率，使得实验可控性更强j。微流控芯片制作简单、成本低廉、分析速度快，现已广泛应用于生物

3、、化学和医学等研究领域¨叫。液滴微流控作为微流控芯片研究中的重要分支，是近年来在传统连续流微流控系统基础上发展起来的，利用互不相溶的两液相产生分散的微液滴进行实验操作的非连续流微流控技术-sJ。在微流控芯片中，液滴是两相界面处的表面张力和剪切力共同作用形成的，根据分散相和连续相的不同，液滴可分为两种：油相中的水相微液滴(W／O型液滴)，和水相中的油相微液滴(O／W型液滴)。液滴微流控实现了液滴在微小通道中的流动控制，为生物和医学研究搭建了一个全新的平台J。迄今为止，液滴技术已广泛应用于DNA、蛋白质、酶等生物大分子的分析检测以及药物传递等生物医学领域。2液滴微流控概况2．1液滴微流控的特

4、点传统的连续流微流控系统，由于低雷诺数层流的特点，连续流体的混合比较困难，同时也增加了其样品的消耗量。此外，当需要增加平行测试的数目以提高反应或分析的通量时，往往会增加芯片的尺寸和复杂性。另外，均相流体也易造成交叉污染。与之相比，液滴微流控技术由于结合了微流控以及液滴技术，使其兼有两者的特点：(1)体积微小通过微流控液滴技术，产生的微液滴体积可在纳升甚至飞升范围内。体积的减小增加了液滴的比表面积和传质性能，能与连续相之间发生高效的物质传递和能量转移，从而减少了液滴内样品混合及反应的时间。Leman等L9在飞升(rE)水平的液滴中进行操控并获得显著成效，在75fL的液滴中它们的混合时间为4

5、5s，远远快于此前的报道。液滴由于反应快速，所需样品量消耗微少，适用于对单细胞、单分子进行分析，尤其也适合一些珍贵样品的筛选与分析。(2)生成速度快微液滴在微流控技术下的产生频率在0．1～2000Hz之间，因此微液滴能为一些酶反应和基于细胞筛选的实验提供高分辨率的优质数据支持3’H。此外，液滴微流控这一特性可以在2016-02—18收稿；2016-03-08接受本文系国家自然科学基金(Nos．21375106，21175107)项目资助E—mail：jywang@nwsuaf．edu．cn第4期闫嘉航等：液滴微流控技术在生勰物医学∞中的应用进展卯强∞56铊7躬MillerOJ，E1Har

6、rakA，MangeatT，BaretJC，FrenzL，E1DebsB，MayotE，SamuelsML，RooneyEK，DieuP，GalvanM，LinkDR，GriffithsAD．PNat1．Acad．Sci．嬲A，2012，109(2)：378—383l8UuYG，Bane~eeA，PapautskyI．Microfluid．Nanofluid，2014，17(2)：295—30319JoenssonHN，SvahnHA．Angew．Chem．Ira．Ed．，2012，51(49)：12176—1219220JIAPeng-Fei，JIANGKe—Ming，LIUCong，

7、ZHOUWu—Ping，ZHANGTao，ZHANGZhi-Qiang，LIHai-WenChem．Res．App1．，2015，27(8)：1097—1103贾朋飞，蒋克明，刘聪，周武平，张涛，张志强，黎海文．化学研究与应用，2015，27(8)：1097—110321HuebnerA，SharmaS，Srisa—ArtM，HollfelderF，EdelJB，DemelloAJ．LabCh／p，2帅8，8(8)：1244-125