芯片大世界

無(wú)論是為了降低試劑或樣品消耗、提高分析速度，還是為了提高分析技術(shù)的微區(qū)分辨能力，實(shí)現(xiàn)單細(xì)胞及亞細(xì)胞水平的分析，微納流體操控都是不可或缺的重要環(huán)節(jié)。毛細(xì)管電泳和微柱色譜充分體現(xiàn)了微尺度分析的優(yōu)勢(shì)，而上世紀(jì)90年代出現(xiàn)的微全分析系統(tǒng)（Micro total analysis systems）則帶來(lái)了一種革命性的變化，誕生了一個(gè)新的學(xué)科，微納流控技術(shù)（Microfluidics and nanofluidics）。微納流控技術(shù)通常是指在微米及以下尺度的結(jié)構(gòu)中操控納升至飛升體積流體的技術(shù)和科學(xué)，在微納尺度下獨(dú)特的流體特征、界面效應(yīng)及熱傳導(dǎo)性能，使其中發(fā)生的許多物理或化學(xué)過(guò)程與常規(guī)體系中的同類(lèi)過(guò)程有顯著的不同。毛細(xì)管電泳等技術(shù)優(yōu)異的分析性能展示了微尺度分離的巨大潛力，微流控芯片的出現(xiàn)進(jìn)一步將微納流控體系推到了一個(gè)全新的高度。微流控芯片可以實(shí)現(xiàn)各種功能的高度集成，微全分析系統(tǒng)是一個(gè)典型的代表，通過(guò)適當(dāng)?shù)男酒O(shè)計(jì)可以將采樣、樣品預(yù)處理、反應(yīng)、分離及檢測(cè)等完整的分析過(guò)程集成在一個(gè)芯片上，這樣的集成芯片也被稱(chēng)為“芯片實(shí)驗(yàn)室（Lab on a chip）”。經(jīng)過(guò)二十多年的發(fā)展，微流控技術(shù)已覆蓋化學(xué)、物理、生物、醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、光學(xué)和微機(jī)電系統(tǒng)等眾多領(lǐng)域，成為一個(gè)重要的交叉學(xué)科。

我國(guó)的微流控技術(shù)研究起步較早，早在1996年即有學(xué)者開(kāi)始從事微流控芯片分析的研究。同時(shí)，微流控技術(shù)的研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委和科技部的大力支持，先后啟動(dòng)了一系列與微流控研究相關(guān)的重大、重點(diǎn)項(xiàng)目，研究隊(duì)伍不斷發(fā)展壯大，眾多高校和科研院所的大批優(yōu)秀學(xué)者加入了這個(gè)隊(duì)伍，使我國(guó)微流控芯片領(lǐng)域的研究進(jìn)入國(guó)際先進(jìn)行列。目前，中國(guó)學(xué)者在微流控技術(shù)及微納尺度分析領(lǐng)域發(fā)表的研究論文數(shù)僅次于美國(guó)，為世界第二。在此發(fā)展過(guò)程中，一個(gè)重要的學(xué)術(shù)交流平臺(tái)“全國(guó)微全分析系統(tǒng)學(xué)術(shù)會(huì)議”已成功舉辦九屆。2012年開(kāi)始，"全國(guó)微全分析系統(tǒng)學(xué)術(shù)會(huì)議"與"全國(guó)微納尺度生物分離分析學(xué)術(shù)會(huì)議"、"國(guó)際微流控分析學(xué)術(shù)論壇"同時(shí)召開(kāi)，進(jìn)一步促進(jìn)了學(xué)科交叉與融合。

滾滾黃河水，穿流過(guò)蘭州。由中國(guó)化學(xué)會(huì)主辦＼，蘭州大學(xué)承辦的第十屆全國(guó)微全分析系統(tǒng)學(xué)術(shù)會(huì)議暨第五屆全國(guó)微納尺度生物分離分析學(xué)術(shù)會(huì)議及2016國(guó)際微流控芯片與微納尺度生物分離分析學(xué)術(shù)會(huì)議將于2016年5月6日～9日在春意盎然的蘭州召開(kāi)。會(huì)議由南京大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、浙江大學(xué)等協(xié)辦。會(huì)議主題包括微流控學(xué)與納流控學(xué)、微全分析系統(tǒng)、毛細(xì)管電泳、毛細(xì)管電色譜、高效液相色譜、微納生物分析及相關(guān)的光譜、質(zhì)譜和電化學(xué)檢測(cè)技術(shù)，也涵蓋了這些技術(shù)與系統(tǒng)在化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、環(huán)境和食品安全等領(lǐng)域中的應(yīng)用，是微納流控及微尺度分析領(lǐng)域的盛會(huì)，得到了國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)界的大力支持。為推動(dòng)我國(guó)該學(xué)科的進(jìn)一步發(fā)展，《分析化學(xué)》編輯部精心編輯“微流控芯片與微納尺度生物分離分析技術(shù)”專(zhuān)輯。這本專(zhuān)輯包含評(píng)述9篇、研究報(bào)告13篇、NEWS 4篇，主要介紹微流控芯片及相關(guān)領(lǐng)域中的機(jī)遇與挑戰(zhàn)、相關(guān)創(chuàng)新發(fā)展及新方法。

中科院大連化物所林炳承研究員以他的研究團(tuán)隊(duì)及合作伙伴的近期工作為基礎(chǔ)，概述了微流控芯片的研究及產(chǎn)業(yè)化趨勢(shì)，指出微流控芯片的研究已從平臺(tái)和方法構(gòu)建逐漸轉(zhuǎn)向在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，并從應(yīng)用需求中尋求解決科學(xué)問(wèn)題，帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。該評(píng)述重點(diǎn)介紹了微流控芯片在現(xiàn)代生物化學(xué)分析、即時(shí)診斷、材料的篩選與合成、組織與器官仿生、3D打印等微流控領(lǐng)域的應(yīng)用，總結(jié)了國(guó)際國(guó)內(nèi)微流控技術(shù)產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展現(xiàn)狀。

浙江大學(xué)方群教授等根據(jù)2015年國(guó)際微全分析系統(tǒng)會(huì)議的內(nèi)容，從微流控芯片技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用角度，討論了當(dāng)前微流控芯片領(lǐng)域發(fā)展的熱點(diǎn)和趨勢(shì)?？偨Y(jié)了液滴（多相）微流控技術(shù)、紙芯片、3D打印等微流控技術(shù)以及基于智能手機(jī)的檢測(cè)、核磁共振波譜檢測(cè)及基于拉曼光譜的單細(xì)胞成像等精測(cè)手段。指出在國(guó)際范圍內(nèi)微流控芯片的應(yīng)用也主要集中在細(xì)胞分離/捕獲、單細(xì)胞分析、器官芯片、即時(shí)檢驗(yàn)和臨床診斷等方面。

清華大學(xué)林金明教授等總結(jié)了微流控技術(shù)在細(xì)胞分析中的應(yīng)用進(jìn)展，系統(tǒng)地介紹了微流控芯片上的細(xì)胞培養(yǎng)、細(xì)胞微環(huán)境模擬和控制、單細(xì)胞分析、器官芯片以及微流控芯片與質(zhì)譜技術(shù)的聯(lián)用，展示了微流控細(xì)胞培養(yǎng)的優(yōu)勢(shì)。微流控芯片用于細(xì)胞分析不僅可以實(shí)現(xiàn)儀器的小型化，更重要的是適用于具有微小尺寸的細(xì)胞、細(xì)菌的研究與分析。他特別指出，微流控芯片與質(zhì)譜技術(shù)的聯(lián)用將在細(xì)胞分析領(lǐng)域開(kāi)辟一片嶄新的空間。

西北農(nóng)林科技大學(xué)王進(jìn)義教授等評(píng)述了液滴微流控在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)展，從液滴微流控的特點(diǎn)出發(fā)，總結(jié)了被動(dòng)法和主動(dòng)法兩類(lèi)液滴生成方法，重點(diǎn)介紹了液滴微流控在分析檢測(cè)、藥物遞送與釋放研究中的應(yīng)用，突出了液滴微流控的平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，也指出了其不足之處和發(fā)展方向。

中山大學(xué)陳纘光教授、浙江大學(xué)牟穎教授、哈爾濱工業(yè)大學(xué)孫凱教授從不同的角度評(píng)述了微流控技術(shù)在核酸分析中的研究進(jìn)展，顯示了該方向的重要性。陳纘光教授等總結(jié)了微流控PCR芯片的研究進(jìn)展，系統(tǒng)介紹了微池型、蛇行通道型、螺旋通道型、振蕩型和閉環(huán)型PCR芯片的原理和應(yīng)用，總結(jié)了芯片PCR的常用檢測(cè)方法，列舉了幾個(gè)典型應(yīng)用實(shí)例，指出在滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡那疤嵯潞?jiǎn)化芯片結(jié)構(gòu)、發(fā)展能在線(xiàn)檢測(cè)的低成本、高速度、高通量檢測(cè)方法是今后的研究重點(diǎn)。牟穎教授等評(píng)述了數(shù)字核酸擴(kuò)增檢測(cè)技術(shù)（dNAD）的研究和應(yīng)用進(jìn)展，介紹了dNAD的發(fā)展歷程、基本原理，對(duì)孔板式、液滴式和芯片式三類(lèi)dNAD進(jìn)行了詳細(xì)介紹，總結(jié)了dNAD技術(shù)在病原微生物檢測(cè)、食品安全監(jiān)測(cè)、臨床診斷和基因組學(xué)研究方面的應(yīng)用，展示了該技術(shù)的應(yīng)用前景，也指出了目前研究尚存的不足和改進(jìn)方向。孫凱教授等評(píng)述了DNA片段分選微流控芯片的發(fā)展現(xiàn)狀，在介紹凝膠電泳、毛細(xì)管電泳等分選技術(shù)的基礎(chǔ)上，著重介紹了芯片電泳分選的原理和發(fā)展、非目標(biāo)片段的抑制方法、高通量分選以及商品化分選儀器，提出了高電場(chǎng)下快速移動(dòng)片段的準(zhǔn)確捕捉、重疊片段的準(zhǔn)確分選、實(shí)用化高通量分選方法的建立及自動(dòng)化體系的建立等新課題。

華東理工大學(xué)胡坪教授介紹了近年來(lái)器官芯片技術(shù)在構(gòu)建人體生理學(xué)模型、藥物研發(fā)及毒理學(xué)研究中的應(yīng)用，并對(duì)器官芯片技術(shù)的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。北京化工大學(xué)范一強(qiáng)教授著重介紹了采用微立體光刻、熔融沉積成型以及噴墨打印等3D打印技術(shù)加工制作微流控芯片的方法，以及這些微流控芯片在分析化學(xué)、生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)診斷等領(lǐng)域的應(yīng)用。

本專(zhuān)輯包含武漢大學(xué)何治柯教授等13篇研究報(bào)告，內(nèi)容涵蓋紙芯片、臨床診斷、三維微陣列制備、新型檢測(cè)技術(shù)以及基于智能手機(jī)的紙微流控電化學(xué)檢測(cè)芯片等方向，與國(guó)際發(fā)展趨勢(shì)一致，展示了國(guó)內(nèi)微流控技術(shù)的發(fā)展水平。從這些評(píng)述和研究報(bào)告可以看出，微流控技術(shù)是典型的多學(xué)科交叉領(lǐng)域。為了促進(jìn)該技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，大力宣傳和吸引更多領(lǐng)域的研究人員，增進(jìn)多學(xué)科之間的交流非常必要，這正是本屆會(huì)議及這本專(zhuān)輯的宗旨。

誠(chéng)摯感謝所有為本專(zhuān)輯撰稿的各位專(zhuān)家學(xué)者、感謝《分析化學(xué)》編輯們的辛勤勞動(dòng)！我們與編輯們的心情一樣，希望我國(guó)從事微流控芯片研究和有興趣投入該領(lǐng)域研究的學(xué)者們能夠喜歡這本專(zhuān)輯。讓我們共同努力迎接微流控芯片研究生機(jī)勃勃的春天！