微流控芯片:國外新品頻出中國不該輸在起跑線上

　　麻省理工學院的科學家研發出一種新型微流控芯片，可快速地從血液中分離白細胞，有望能整合到便攜式診斷儀以直接分析敗血癥等血液疾病的炎癥痕跡，從而解決發展中國家診斷設備缺少的困境。事實上，該機構的科學家早在2012年就研發出郵票大小的微芯片，當時的問題是，該芯片僅能從培養細胞而非血液中分離白細胞。

　　科學家將小體積的血液泵入新流控芯片中，可濾掉血小板和血紅細胞以回收高純度白細胞。具有應用價值的是，篩選的細胞因未受到損傷而保持功能完好，這有助于臨床醫生對白細胞進行準確計數，并利用篩選細胞進行遺傳或臨床試驗。研究成果發表在《Scientific Reports》(科學報告)期刊上。

　　麻省理工學院機械工程副教授Rohit Karnik稱：“對于回收的高純度細胞來說，血液循環系統能重新接受該芯片處理的血細胞是其獲得應用的關鍵。通過模擬實驗我們驗證了高純度血細胞是有功能的，并且對機體的作用較為緩和。”

　　新流控芯片篩選白細胞

　　人體白細胞在正常情況下在血管中巡游以發現病原體痕跡，當機體發炎或感染時，血管內層細胞釋放出特定的黏性分子以招募白細胞在感染區聚集。而這些黏性分子充當細胞招募者引導特定細胞流向機體應答部位，其中一個較為常見的是P-選擇素。

　　研究人員在2012年首次制作出帶有脊和槽的芯片，并在脊邊處固定P-選擇素。隨著培養的血細胞泵入芯片中，黏性脊就能將白細胞吸附出，并釋放到帶有貯器的溝槽中。這一操作能夠高通量回收特定細胞，不過令研究者意外的是，該溝槽還收集了不需要的混合液體，這使得芯片不能處理血液細胞。

　　為了讓芯片適用于血液細胞，麻省理工學院的Karnik和Bose設計了不同芯片進行平行試驗，他們把溝槽結構改進成極細的、對折的微流控管，接著將P-選擇素固定在細管的一側。新研制芯片首先檢測了培養的2類血癌細胞(在測試血液細胞之前)，研究者利用視頻記錄了一類細胞從培養液中被抽提出，在進入附近管道前被吸附到固定P-選擇素的細管中，并沿著該管流入獨立的引流溝，最終匯聚在貯器中。

　　此外，Karnik和Bose還測試了篩選細胞和芯片細管的相互作用，并研發出一個基于細管角度和長度的數字模型以推算出最佳的細胞分選結構。Karnik稱：“我們已獲得細胞分離的動態圖像，這應該有助于指導未來同類設備的研制。”

　　同類微流控芯片的研制

　　微流控芯片最初由瑞士Ciba-Geigy公司的A. Manz博士等于1990年提出，其能把生物領域內液體樣本的分離和檢測等基本操作集中到一塊芯片上，有微通道形成網絡，以控制流體貫穿整個系統，用于大規模、高通量地篩選特定的流體成分。

　　——Cellix公司的VenaT4? 微流控芯片

　　Cellix公司推出的整套VenaFlux? 微流控細胞分析平臺提供了活細胞水平上微流控活性篩選的完整解決方案，適合于白細胞和癌癥細胞等的遷移、侵襲和趨化性實驗，能夠對全血和個別血細胞(如白細胞)進行分析。

　　VenaFlux? 系統是第一個能進行連續流體細胞分析的半自動化微流控分析系統。配合使用Cellix生物芯片和細胞分析軟件，VenaFlux? 系統可檢測粘附到微毛細管上的細胞，微毛細管中覆蓋抗體或者培養有內皮細胞，模擬生理流動產生一定的剪切力。VenaFlux? 系統操作簡單，可減少耗時耗錢的動物模型實驗，獲得特異性強，準確性高，重復性好的結果。

　　——凱利橋生物制藥公司的CTCs微流控芯片

　　凱利橋生物制藥公司研發出一種微流體生物芯片，可通過一種支柱狀結構過濾掉血液中的其它細胞，僅僅保留下循環腫瘤細胞。由于循環腫瘤細胞比血液里的其它細胞更大、更硬，所以能被截留下來，而其它的細胞會被過濾出去。

　　該公司的總經理安德魯?吳稱：“我們必須在血液里找到足夠多的循環腫瘤細胞才能開展研究”。據悉，在1毫升癌癥患者的血液中，正常的細胞數量達幾百萬個，但循環腫瘤細胞可能不足10個。

　　——東京大學的糖尿病給藥微流控芯片

　　東京大學研發出糖尿病給藥的微流控芯片，該裝置可模擬食物和口服藥物流經人體時經歷的過程，對藥物篩選和化學藥品風險評估等應用非常有用。

　　微流控給藥芯片(另稱為Jewel胰島素泵)是利用Debiotech和 MEMS技術聯合開發的，可安裝在一次性皮膚貼布上，從而連續輸注胰島素。從工作原理上看，刺入皮膚的電化學葡萄糖傳感器每5分鐘檢測血糖水平，并根據血糖水平釋放驅動信號以推動馬達注射器。

　　微流控芯片技術的產業化前景如何?是否已有商品化產品出現?

　　中國科學院大連化物所林炳承教授：目前困擾科學家的一個問題是，微流控芯片系統至今為止還沒有拿出一個能夠讓大家為之一振的“有殺傷力”的，也就是說其他手段無法替代的應用成果，國外稱之為Killer Application。目前，全球許多實驗室，包括我們在內的，都在為此努力的工作。我相信，Killer Application遲早是會出現的。現在在某些領域，譬如細胞培養和分析方面，微流控芯片的獨到性已經有所反映。

　　但是，我們不能等到Killer Application出現以后再進入這一領域，一名優秀的科研工作者必須要盡可能多地參與一項研究的發展進程。如果中國科學家不能積極、主動地參與微流控芯片平臺的發展過程，那么若干年后，相當一批芯片儀器就不得不從國外進口，而我們所能做的只是用買來的國外商品儀器做一些零零星星的應用工作。中國在很多高端分析儀器上吃虧，就是因為這個問題，這不能不說是我們的一個悲哀。目前，在微納米技術領域，微流控芯片是我國和國外差距比較小的一個分支，如果能夠有更多的人參與進來，特別是如果能有相關企業投入到這一領域，最終將極大推動這一平臺研究的產業化進程。

　　據我所知，加拿大和日本已有個別通用性實驗室用產品出現，但是價格普遍昂貴。像一塊簡單的玻璃芯片大概要200美金，一套帶UV檢測的工作站要賣3萬歐元左右。而且，日本的產品還不賣給中國人，只銷往歐美地區。此外，安捷倫公司2004年也首次拿出了芯片LC-MS的構思，雖然還不是很成熟，但從中我們可以看到微流控芯片已經進入到了實質性的商品開發階段。

　　就我們實驗室而言，目前我們開發的芯片和芯片工作站大體已到了準商品化階段，香港大學已經訂購了我們的一套系統。作為一家中科院的科研機構，搞產業化確實不是我們的長處，但我們也試圖在這方面進行一些探索，我們最終的目標是希望廣大的中國用戶都能夠用得起中國人自己的產品。如果說微流控芯片作為臨床診斷的一種工具，距離最終進入醫療機構可能還有一段路要走的話，但它作為一種通用性平臺被廣泛應用在大專院校和科研機構的生物實驗室也就是未來幾年的事情。微流控芯片最終的出口應當是在超市，一旦達到民用化程度，其市場潛力將是不可限量的。

　　我個人認為，微流控芯片實驗室已經到了產業化的前夕，我希望有遠見的企業家盡快介入到這一技術的發展過程中來，大家同舟共濟，一起滾打幾年，一起來改進技術，培育市場，共同發展。某種意義上說，這也是一種機會，等市場完全成熟了再介入進來可能就太晚了一些。