微流控芯片檢測系統發展概況
微流控芯片技術是以MEMS(微機電系統)技術為依托的一門新技術。它將微溝道、微儲液池、微反應器等微結構集成在一塊很小的芯片上,以可控流體貫穿系統,進行試樣的分離、檢測等,實現常規化學或生物實驗室的功能,又稱為芯片實驗室。它具有高效、快速的特點,試樣損耗量極小,易于實現自動化、順應了分析儀器微型化、集成化、便攜化的方向。2006年7月,Nature雜志專門推出芯片實驗室專輯,稱其可能成為“這一世紀的技術”。目前其應用已涉及生物醫學、衛生檢疫、司法鑒定、化學定量分析等眾多領域,顯示出了發展的巨大活力。
對試樣進行檢測分析是微流控芯片最重要的功能之一,因此檢測系統成為微流控芯片系統設計的關鍵,影響整個系統的檢出限、檢測速度、使用范圍以及樣品等指標,一直是研究熱門。其中紫外-可見吸收光度檢測對占物質總量80%的物質都有吸收響應,適用范圍廣泛。其他方法相比,紫外-可見吸收光度檢測不需要添加額外試劑,可以直接進行測量,可信度高,操作簡單;同時他還是一種非破壞性檢測,能與其他檢測器,如質譜儀聯用。目前的微流控芯片紫外檢測系統靈敏度相對較低,還存在體積較大,造價較高等缺點,不利于推廣應用。因此,有必要研制一套體積小,靈敏度高,便攜性好,成本低,易于使用的檢測系統。
微流控芯片檢測系統大致包括熒光檢測,吸收光度檢測,電化學檢測,質譜檢測等幾類。熒光檢測多采用激光誘導熒光法,具有極高的靈敏度,對某些熒光效率高的物質甚至可達到單分子檢測,但檢測系統體積龐大,且受激發光源波長及熒光試劑的限制。熒光標記可能造成分析物質化學活性改變,影響結果可信度。吸收光度檢測具有可測定物質種類多,無需標記,儀器結構較簡單等優點,但由于溝道檢測體積小、吸收光程短等,導致系統靈敏度相對較低。化學發光檢測器通過檢測特殊化學反應中發光的強度來檢測被測物質,不需要光源,設備較為簡單,但要求檢測池有特殊設計,能使發光試劑與待檢測物質充分混合、反應、且反應不應有氣體產生。電化學檢測通過電極將溶液中待測物的化學信號轉變成電信號以實現對待測組分的檢測,體積小,結構簡單,成本低,不足是在外加分離電壓的情況下,管道中的電流會對檢測電極產生干擾,且檢測重復性不好。質譜檢測器是現代生化分析的重要檢測技術,檢測限高,可達10-12mol/L左右,峰型號,便于信號重組,但檢測器體積過于龐大,價格昂貴。
由于微流控芯片檢測系統的不斷進步,其在細胞研究、蛋白質研究、離子和小分子研究、核酸研究等領域已經有了眾多應用報道。經過短短十幾年的發展,微流控芯片已經逐步開始走向市場。美國Agilent公司推出了首臺微流控芯片商品化儀器-Agilent 2100 Bioanalyzer,使用玻璃芯片進行電泳分離、激光誘導熒光(LIF)檢測,可完成包括不同堿基對長度范圍的DNA、RNA片段及蛋白質等的分析。我國生產了CL4010微流控芯片分析儀,使用PDMS芯片進行電泳分離、紫外光吸收光度檢測,Ma等對其檢測效果進行了報道。
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